CS244420B2 - Machine with helical lobed rotors - Google Patents

Description

(54) Stroj se šroubovými rotory

Podstatou vynálezu je, Že nejméně primární Čelo každé drážky hlavního rotoru sestává v rovině kolmé na osy rotorů z první Části přilehlé к roztečné kružnici a probíhající radiálně směrem od této roztečné kružnice a tečna к této první části v průsečíku s roztečnou kružnicí svírá 3 radiální přímkou procházející středem rotoru a průsečíkem úhel v rozsahu 0,25 až 0,75 rad, měřeno vně roztečné kružnice od tečny směrem к drážce, přičemž poloměr zakřivení této první části primárního čela v průsečíku přesahuje svou délkou součin poloměru roztečné kružnice se sinem úhlu mezi tečnou a radiální přímkou.

24442U

Vynéle? se týká r.troje se šroubovými rotory pro pracovní tekutinu a profilů rotorů tento stroj. Vynález je zaměřen zejména na stroj pro selektivní kompresi a expanzi stlačitelné pracovní tekutiny.

Stroj se Šroubovými rotory popsaného druhu pro stlačitelnou pracovní tekutinu seч stává z pouzdra s pracovním prostorem opatřeným od sebe odlehlými nízkotlakými a vysoko*lakými ústími pro spojení s nízkotlakým a vysokotlakým kanálem. V pouzdru jsou vytvořena nejméně dvě navzájem se pronikající vrtání s rovnoběžnými osami, ve kterých jsou uspořádány do sebe navzájem ve dvojicích zasahující rotory, každý rotor je opatřen šroubovicovými zuby a mezilehlými drážkami s úhlem opásání menším než 360°. Dvojice spojených Částí drážky do sebe navzájem zasahujících rotorů vymezuje komoru šípového tvaru se základovým koncem uspořádaným v rovině kolmé na osy rotorů a poblíž vysokotlakého ústí, přičemž vrchol komory se při otáčení rotorů axiálně pohybuje, čímž se mění objem komory. Jeden z rotorů každé dvojice je rotor vedlejší s vydutými boky zubů, přičemž je rotor převážná část jeho zubů a drážek je uspořádána uvnitř roztečné kružnice rotoru. Druhý rotor ve dvojici je hlavní rotor s vypuklými boky zubů, u kterého je nejméně převážná Část jeho zubů a drážek nachází vně roztečné kružnice rotoru. Zuby jednoho rotoru a vytvářejí mezi rotory spojitou těsnicí čáru.

Účinnost těchto strojů ve značné míře závisí na profilu rotorů. Profil je s výhodou takový, že každá rotorová drážka je asymetrická vzhledem к radiální přímce proložené středem rotoru a prostředkem dna drážky a je opatřena primárním čelem drážky vedlejšího rotoru a předním čelem drážky hlavního rotoru, .jestliže stroj pracuje jako kompresor, a opačně, jestliže stroj pracuje jako expandér, což znamená, že primární čelo tvoří obvodově vnější stěnu ramena šípové komory vymezené drážkou vedlejšího rotoru a obvodově vnitřní stěnu ramena komory tvořené drážkou hlavního rotoru, přičemž sekundární čelo tvoří zbylou stěnu příslušného ramene komory.

Jeden takový asymetrický profil rotoru je popsán v britském patentovém spisu číslo

197 432, zejména na obr. 6 a 7 tohoto spisu. Primární čelo drážky vedlejšího rotoru sestává v rovině kolmé na osy rotorů z v podstatě vyduté části s epitrochoidálním průběhem vytvářeným bodem poblíž radiálně vnějšího konce spolupůsobícího primárního čela hlavního rotoru, malé Části probíhající к roztečné kružnici a mající přímkový průběh a vyduté nástavné Části ve tvaru kruhového oblouku se středem v blízkosti roztečné kružnice.

Spolupůsobící primární čelo hlavního rotoru analogicky sestává z v podstatě vyduté části s epitrochoidálním tvarem vytvářeným nejvnitřnějším bodem malé Části primárního čela drážky vedlejšího rotoru, malé vyduté části piObíhající к roztečné kružnici a sledující křivku, která je obalovou křivkou vytvářenou přímkou tvořící malou část primárního čela vedlejšího rotoru, a vydutého vybrání ve tvaru kruhového oblouku se středem v blízkosti roztečné kružnice. Sekundární čelo drážky vedlejšího rotoru sestává z v podstatě vyduté části směrem к roztečné kružnici, ve tvaru kruhového oblouku se středem vné roztečné kružnice, přičemž tečna v průsečíku s roztečnou kružnicí probíhá radiálně středem rotoru, a 7. vypuklé nástavné části odpovídající analogické části na primárním čele drážky.

Spolupůsobící sekundární čelo hlavního rotoru sestává z vyduté základní části sledující obalovou křivku vytvářenou kruhovým obloukem tvořícím podstatnou Část sekundárního čela drážky vedlejšího rotoru, takže má na roztečné kružnici radiálně probíhající tečnu a dále z vyduté nástavné části podobné odpovídající Části primárního Čela zubu.

Syio s.jištžno, ž? popsaný profil rotoru není ze všech hledisek ideální a trpí některý ni r.edos ta * zy, zemněna co se ‘νκό Částí čel hlavního rotoru v blízkosti roztečné : ; : e rotor.. .yto oe.i o ? ta t < у se týkají zejména výroby rotoru a závisí na úhlech ; ·-' , mezi dv-tia jely r.lavního rct.-.ru u roztečné kružnice v těchto případech tak .'· : ?.-L .ce.:: 'оагл 7-::.50: a frézy pro jer.o vyrocu .je pr-a .< 11 o <y neměnný a vyžaduje

-. ···, vnotežn.ě *τηην .ta jším obvodu ř??:yeho sástrey . l’c značena, že :rs.<ticxy r et*. 5 -r.o v ·. óte*. 1-?o re '1 ' ·/' :r o f i 1 lival ?vaci frézou .

Dále, zmény úhlu mezi tečnou k čelu a poloměrem procházejícím tečným bodem podél čel·, které jsou funkcí vzdálenosti, od ‘ roztečné kružnice, mají obecně hyperbolický prů- ‘ běh, což znamená, že tento úhel je na hlavní části každého čela přibližně konstantní, avšak v oblasti čela poblíž roztečné kružnice se rapidně zvětšuje. Z tohoto důvodu muuí tít odvalovací fréza na svém vnějším obvodu rychle se měnncí úhel, to jest krétký poloměr zakřivení, v důsledku čehož budou nepříznivé řezné úhly v n^,^<^í^lť^žii^<^;jší čel rotoru, což nevylh^L^t.elně mé za následek poměrně široké výrobní tolerance v této obbassi. Dále, současný tvar frézy mé za následek její rychlé opotřebení a při každém ostření se musí odbrušovat značné mnoství mSeeiálu nástroje. Proto je nutné nástroj často p+ebručovat a protože přípustný počet přebroušení je činí náklady na nástroje výraznou složku, kterou nelze ve výhledných výrobních nákladech na rotor zanedbat. Deší nevýhoda spočívá v tom, že poloměr zakřivení čela se u roztečné kružnice zmennuje na nulovou hodnotu. Doažení takového zakřivení je velmi obtížné, což má za následek nevzhledný a hrubý povrch. Avšak 1 když se správně dosáhne hladkého povrchu, je malý poloměr zakřivení nevýhodný z toho důvodu, že plocha bude vystavena vysokému plošnému namáHání.

Moodfikace diskutovaného profilu rotoru je popsána v britském patentovém spise číslo 1 503 488. V tomto modifikovaném profilu rotoru má část sekundárního čela drážky vedlejšího rotoru uvnntř a v blízkosti roztečné kružnice rotoru v rovině k osám kolmé rotorů tvar přímky tvořící tečnu ke kruhovému oblouku tvořícímu podstatnou část tohoto sekundárního čela s dříve profieem a svírající s radiální přímkou rrocházzeící středem rotoru a průsečníkem uvedené části čela s roztečnou kružnicí rotoru úhel 20°.

Spolupůůobbcí sekundární čelo hlavního rotoru má vně a poblíž roztečné kružnice tohoto rotoru odppvvídSící část, která sleduje obalovou křivku vytvářenou přímkovou částí čela vedlejšího rotoru. Tímto způsobem se úhel mezi dvěma čely drážky hlavního rotoru v oMasti u roztečné kružnice zvětší na hodnotu, která umooňuje výrobu odvalovací frézou. Současně se dosáhne určité délky poloměru zakřivení sekundárního čela zubu hlavního rotoru v místě jeho průsečíku s roztečnou kruž^cí. Tato délka však činí pouze přibližně éo % součinu poloměru roztečné kružnice se sinem uvedeného úhlu 20°, zatímco poloměr zakřivení na straně primárního čela zůstává nulový. Průběh úhlu mezi tečnou a poloměrem podél čela v na vzdáleno ti od roztečné kružnice zůstává hyperbolický, což znamená rychlé zvětšování tohoto úhlu pobHž roztečné kružnice, i když toto zvyšování není tak výrazné jako v případě, kdy úhel na roztečné kružnici klesá na nulovou hodnotu. -Jsou tedy částečně odstraněny dříve diskutované nedostatky nnmodeffkovaného profilu, avšak ideálních podmínek se nedosáhne. Dále zuby vedlejšího rotoru se tímto způsobem zesláblí, což. může způsobu problémy jak při výrobě rotoru, tak v průběhu činnooti stroje, protože dochází k určiééau ohýbání zubů.

Profil rotoru popsaný v bri-tkl^i^m patentovém spisu č. 1 503 483 je ve srovnání s profilem popsaným v briskkém patentovém spisu č. 1 197 432 , dále i^d^kován v tom, že vybírání v primárním, čele hlavního rotoru poblíž roztečné kružnice má část s průběhem ve tvaru přímky směřující radiálně ke středu rotoru a v tom, že nástavec primárního čela každé drážky vedlejšího rotoru je opatřen odpoovídSící částí n^<^b^h^ázeiíc:í se pobbíž roztečné kružnice, která sleduje obalovou křivku vytvářenou uvedenou částí primárního čela hlavního rotoru. Zmíněné části primárních čel hlavního a vedlejšího rot.oru jsou zamyšleny jako zdokonnlení tak zvaného pohonu vedlejšího rotoru, to jest k primárnímu pohonu je připojen veddejší rotor a hlavní rotor je poháněn př^mý^m stykem čel rotorů, Což je určeno zejména pro mdé v zájmu zvýšení otáček hlavního rotoru a tím obvodové rychlosti bez potřeby převodovky do rychlá. U^mss»^i^:í těchto částí čel uvrntř roztečné kružnice hlavního rotoru a vně roztečné kružnice vedlejšího rotoru má vytvořt mezi těmito částmi čel takové podmínky záběru, které budou příznivé pro vytváření vrstvy ^žacího oleje mezi těmito částmi. Bhuuel, část primárního čela drážky vedlejšího rotoru bude mít v průsečíku s roztečnou kružnicí radiální tečnu a poloměr jejího zakřivení bude mít nulovou hodnotu, což je podobné podmínkám na čelech zubů hlavního rotoru, které byly výše diskutovány v s nemodifikovaný , profilem.

část čela drážky vedlejšího rotoru proto trpí nedostatky přibližně stejného druhu jako v případě výše diskutovaných čel zubů hlavního rotoru. Déle, přímková rsjíální část, primárního čela zubu hlavního rotoru bude déle komplikovat frézování rotora. Profil rotoru popsaný v britském patentovém spisu č. 1 503 483 není v důsledku těchto nedostatků vhodný pro praktické použití.

Další modifikace profilu rotoru popsaného v britském patentovém spisu č. 1 197 432 je popsána v US patentovém spisu č. 4 053 2c3, kde je každé čelo hlavního a vedlejšího rotoru poblíž příslušné roztečné kružnice opatřeno vydutou částí ve tvaru evolventy s úhlem záběru 20°. Tato evolventní část primárního čela každého zubu hlavního rotoru probíhá od bodu těsně uvnitř roztečné kružnice к bodu vně roztečné kružnice. Evolventní část primárního čela hlavního rotoru probíhá od bodu mírně uvnitř roztečné kružnice к bodu ve značné vzdálenosti vně roztečné kružnice. Evolventní část každého čela vedlejšího rotoru probíhá mezi bodem mírně vně základní kružnice evolventy a bodem mírně vně roztečné kružnice. Tím způsobem se v místě roztečné kružnice zvětší úhel mezi dvěma čely drážky hlavního rotoru a poloměry zakřivení v průsečících čel s roztečnou kružnicí se zvětší na určitou délku, které je dána součinem poloměru roztečné kružnice se sinem záběru. Úhel mezi čely hlavního rotoru se všax směrem od roztečné kružnice dovnitř rychle zmenšuje, protože průběh úhlu mezi tečnou a poloměrem je dosud přibližně hyperbolický, což znamená jeho rychlé zvětšování u roztečné kružnice a základní kružnice evolventy.

Navíc se také v radiálně nejvnitřejších Částech rychle zmenšují poloměry zakřivení čel. Přestože tento modifikovaný profil přes poměrně malý poloměr zakřivení čel hlavního rotoru na Roztečné kružnici může být přijatelný pro výrobu, u kterých se přímo dosedající plochy čel rotorů nacházejí vně roztečné kružnice hlavního rotoru a uvnitř rozteJné kružnice vedlejšího rotoru, nedovoluje toto řešení více než velmi malé prodloužení těchto styčných ploch za příslušnou roztečnou kružnici. Modifikovaný profil rotoru, který je popsán v US patentovém spisu Č. 4 053 263» v důsledku toho není vhodný pro výrobu rotorů, u kterých styčné plochy zubů hlavního rotoru zasahují dovnitř roztečné kružnice, což je důležité zejména v případě pohonu vedlejšího rotoru.

Jiná další modifikace profilu rotoru popsaného v britském patentovém spisu číslo 1 197 432 je popsána v britském patentovém spisu δ. I 35θ 505, kde je každé čelo drážky vedlejšího rotoru uvnitř a poblíž roztečné kružnice opatřeno vypuklou částí ve tvaru kruhového oblouku. Poloměr tohoto oblouku činí řádově 20 až 40 % vzdálenosti středů rotorů a střed tohoto oblouku se nachází vně roztečné kružnice vedlejšího rotoru, což znamená, že spolupůsobící část čela zubu hlavního rotoru má ve svém průsečíku s roztečnou kružnicí tečnu svírající s radiální přímkou procházející středem rotoru a uvedeným průsečíkem úhel pouze přibližně 5°, a dále že poloměr zakřivení části čela v tomto bodě je velmi malý a činí pouze 60 až 70 % součinu poloměru roztečné kružnice se sinem uvedeného úhlu 5°.

Průběh úhlu mezi tečnou · poloměrem j® tedy u tohoto modlíikovaného profilu hyperbolický a na roztečné kružnici dosahuje vysoké hodnoty. Přednosti tohoto profilu ve srovnání s profilem podle britského patentového spisu č. 1 197 432 jsou toto zanedbatelné.

Prvním a hlavním úkolem vynálezu je konstrukce stroje se šroubovými rotory popsaného typu, který může být vyráběn přesněji а я nižšími náklady, při současné vyšší Iřinnosti stroje ve srovnání s dříve vyráběnými stroji.

Druhým úkolem vynálezu je konstrukce stroje se šroubovými rotory s možností pohonu nejen hlavního rotoru, ale i veldejšího rotoru při nejméně stejné účinnosti a mechanické spolehlivosti.

Třetím úkolem vynálezu je nalezení profilu rotoru, u kterého bude mít každý zub vedlejšího rotoru takový tvar, že jeho obvodová šířka se eměrem od jeho radiálně nejvzdá5 lenějšího konce k jeho radiálně nejvnitřnějšiau konci bude spojitě zvětšovat, čímž se zvý&í jeho tuhoat a odolnost proti ohybovým silám.

Ctvrtm úkolem vynálezu je dosazení kontinuálního pohybu těsnicího”bodu podál každého čela rotoru při jeho otáčení od jeho jednoho konce k druhému.

Hlavní úkol vynálezu je splněn úpravou profilu rotoru popsaného v britkkém patentovém spisu S. 1 197 432, minimálně pokud se týká části primárního čela každé drážky hlavního rotoru v oblasti poblíž roztečné kružnice.

Podstatou vynálezu, je, že roztečný úhel, to jest úhel mezi tečnou čela v jeho průsečíku s roztečnou kružnicí a radiální přímkou procházeeící steedem rotoru a tímto průsečíkem, činí v rovině kolmé na osu rotoru 0,25 až 0,75 rad, přičemž poloměr zakřivení čela v tomto bodě přesahuje součinu poloměru kružnice rotoru se sinem roztečného úhlu. Ml·, čelo má v oblasti poblíž roztečné kružnice takový tvar, že poměr úhlové odchylky úhlu mezi tečnou k čelu v jeho voliteLaém bodě a radiální přímkou procházeeící střddem rotoru a tímto bodem od roztečného úhlu k radiální vzdálernoti tohoto bodu od roztečné kružnice je přibližně konstantní a přibližně roven průměrné hodnotě tohoto poměru na hlavní části čela vzdálené od roztečné kružnice.

Tímto řešením se nezávisle na způsobu výroby zjednoduší výroba rotoru. Zvláštních výhod se dosáhne při výrobě frézováním nebo broušením, protože úheX mezi osami nás troje a obráběného polotovaru se může vooit s ohledem na dosažení optimálních pracovních podmínek. Tato skutečnost v kombbnaci se zvětšeiým poloměrem zakřivení dané části čela umožňuje zmenšení tolerancí, hladší povrch, me^l^zí opotřebení nástroje, zvýšení počtu vyrobených rotorů mezi přebroučegímL nástroje a zvýšení řezné rychloosi. Náásroj má kromě toho výhotaějěí tvar, protože jeho dvě Čela vždy svírají poirirně velký úhel, což přiná&C zjednodušení výroby nástroje a>ze;>éna to, že při každém přebrušování nástroje se odstraňuje jen minimální množství mterrálu, takže se podstatně zvýší počet nožných přebroušení.

Jinými slovy, současně se zvyšuje jakost rotorů s snižují výrobní náklady. Zásluhou světlení poloměru zakřivení Čela . poblíž roztečné kružnice se dále poddtatně zmenší plošné namáhání čela, což v kombinaci s tín, že z nového profilu čela vyplývá nízká relativní kluzná rychlost mezi čely rotoru v kritických oblastech, přináží zmwišení opotřebení rotorů mecnanické sp^o^i^I^I^iLv^s^ilí a nižší ztráty třením. V komtobnaci se zmenšení vůlí zásluhou zvýšené jakosti rotorů to také znamená poddtatné zvýšení celkové účinnooti stroje.

Druhý úkol vynálezu je splněn opatřením primárního čela hlavního rotoru částí, která zasahuje na obě strany roztečné kružnice a má v poddtatě konntantní poloměr zakřivení. Tímto způsobem lze uvnntř roztečné kružnice snáze vyrobbt styčnou plochu a poměrně velk^fa poloměrem zakřivení a příznivým úhlem tečny stejného druhu, jaký byl již diskutován v.souviilooti s hlavním úkolen vynálezu.

Třetí úkol vynálezu je splněn tím, že také sekundární čelo hlavního rotoru se opatří částí s přibližně konstantním poloměrem . zakřivení, která vystupuje ven od roztečné kružnice a její tečna svírá s radiální přímkou artchlzeeící jejím průsečíkem s roztečnou kružnicí úhel nejméně 20°. Sekundární čelo vedlejšího rotoru vytvářené touto částí tedy bude mít tvar písmene S, což přináší plynule zvětšování obvodové šířky zubů vedlejšího rotoru ve směrem od jejich radiálně vnějších konců k jejich radiálně vnitřním*koncdm.

Čtvrtý úkol vynálezu je splněn nahrazením ostrých hran primárních Čel profilu rotoru podle britského patentového spisu č. 1 197 432 krátkými oblouky. Profil čela má zásluhou tohoto opatření tvar spojité křivky, může být vyráběn s vyšší přeenootí a zmeenuje se nebezpečí poškození hotového rotoru. Protože se těsnicí bod plynule pohybuje podél včech částí čela, dosahuje se současně lepšího utěsnění a podstatného omceeinií úniku v důsledku

44420

Ostních vad těsnicí obloukové části ve srovnání s únikem, ke kterému dochází v důsledku podobných vad ns ostrých hranách dosud známých profilů rotoru.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedší, který je popsán na základě připojených výkresů, které znázorňují:

obr. 1 sviilý eez šroubovým komoresorem v ooiiné 1-1 z obr. 2, obr. 2 οίϋηΖ ee z Soopresorom z obr . 1 m ovanné 2-Z z obr. 1 obr. 3 detail z obr z z vez svěšenému měřítku, obr. 4 iný prořiz oco^u oodez vyniáezzu, obr. 5 Část Jiav^jíhoz soSoru znázoánánéoz na obnz 33, obr. 6 závislost v^aru boku haovníSo na ρο^-οπ^η sosoru a obr. 7 profil zubu fézzy.

Sr subsoý^,_.tsmoresor znázorněný na obr. - až 3 sestává z pouzdra 10 s pracovním prostorem 12 ve tvaru navzájem se překrý^aících válcových vrtání, která mej rovnoběžné osy. Pouzdro 10 je dále opatřeno áízkotlkJςý kanálem £4 a oyeokstlkkýo kanálem 16 pro pracovní tekutinu. Nízkotlaký kanál 14 je s pracovním prostorem 12 propojen nízko^-kRým ústím 18 a vysokotlaký kanál 16 vysokotlakým ústím, 20.

Nízkotlaké ústí 18 je ve znázorněném kompresoru celé vytvořeno v nízkotlaké čelní stěně 22 pracovního prostoru 12 a nacihází se převážně na jedné straně roviny proložené osami vrtání. Vysokkolaké ústí 20 znázorněného tsmpresorr je zčásti vytvořeno ve vysokotlaké čelní stěně 24 pracovního prostoru 12 a zčásti v jeho válcové stěněz26 a celé se nachází na protilehlé straně roviny proložené osami vrtání proti áíztotltk0πlr ústí £8.

V pracovním prostoru 12 jsou uloženy dva spolupůsobící rotory, to jest hlavní rotorz 28 a vedlejší rotor 30. jejichž osy jsou identické s osami vrtání. Rotory 28. 30 jsou v pouzdru 10 uloženy pomocí válečkových ložisek 32 v nízkotlaké čelní stěně . _ 22 a dvojic kuličkových ložisek 34 s osazeními ve vysokotlaké čelní stěně 24. Veedeeší rotor 30 je nasazen na hřídeli 36 vystupujícím z pouzdra £0.

Na hlavním rotoru 28 jsou vytvořeny čtyři šrorbsoicsvé zuby 38 s oeeelehlýoi drážkami 40 s .úhlem opásání přibližně 300°. VvddejŠÍ rotor 30 má šest šfsrbsoic.ooých zubů 42 a m^ežlehlých drážek 44 s úhlem opásání přibližně 200°. Šroubov^cové zuby 42 vedlejšího rotoru 30 jsou opatřeny nástavci 48 náchazejíčími se v radiálním směru vně roztečné kružnice 46 vedlejšího rotoru 30 a v drážkách 40 hlavního rotoru 28 jsou vytvořena sdppsOdlaící vybírání 52 vytvořená v radiálním směru uvnitř roztečná kružnice 50 samčího rotoru 28.

Ve válcové stěně 26 pracovního prostoru 12 je vytvořena řada vstřikovacích Kan.álxů oro olej, které ústí na průnikové přímce 56 vrtání tvořících pracovní srostor 2.

Tyto vstřikovací kanálky 54 spojují pracovní prostor 12 s přívodní komorou 58 oro olej, do které je olej přiváděn přívodním otvorem 60 z neznázssáěnéáo zcroje tlakového oleje. Olej je do přívodního otvoru 60 přiváděn ood 1>1*3χ£60, který je vyšší než tlak v pracovním prostoru 12 v oístě ústí vstřikovacích kanálků £4.

Z obr. 2 a 3 je patrné, že každá drážka 40 hlavního rotoru 28 má primární čelo '6.2, které je předním čelem drážky 40 v kompresoru nebo zadním čelem drážky 40 v exoandéru, a sekundární čelo 64. které je podobně zadním nebo předním čelem drážky 40.

Cela 62, 64 orobíhají ode dna 66 drážky 40 k vrcholům 68 sousedních šroubovícových zubů 38.

Primární Selo 62 sestává ze tří sebe navazujících SásSí. První část 70-72 má tvar kruhového oblouku s ooloměrem Tj a se steedem 74 nacházejícím se ve vzdálenootí b, od středu 76 hlavního rotoru 28. První Část 70-72 přitom probíhá u bodu 70 uvnitř roztečné kružnice 00. nacházzjícího .se od středu 76 hlavního rotoru 28 ve vzdálebootí přibližně ' 95 % poloměru r^ roztečné kružnice 50 hlavního rotoru 28, k bodu 72 vně roztečné kružnice 50. nacházejícího se od středu 76 hlavního rotoru 28 ve vzdálenosti oředstavující ořibližně 110 % ooloměru r^ roztečná kružnice 50. První část 70-72 orotíní roztečnou kružnici 22 v bodě 78 a její tečna v tomto bodě 78 svírá s radiální přímkou 76-78 úhelíL^ . Velikost tohoto úhlu b ] je ²⁰° nebo přibližné 0,3 rad. VvUkost poloměru r, je ořibližně 1,6 násobkem poloměru r_M roztečné bcružníce 50 se sinemm^. Vzdálenost bt je poněkud větší než součin poloměru -_m roztečné Ьсг—лХпПсe 50 s cosineemj· Druhá část 72-80 přimárního čela má obecné eoitrtchtidální orůběn vytvářený částí ,82-84 stolutůsobícího trimárníht čela 100 drážky 44 vvedejšího rotoru 30 a trotíhá z bodu 22» kde má společnou tečnu ’ s první částí , 70-72 čela 62, do bodu 80 nacházejícího se v blízkosti bvrcholu šroubovicováho zubu 88.

Cáat 82-84 primárního čela 100 má tvar kruhového oblouku a poloměrem r_e a se středem 86 -nacházejícím se ve vzdálenost bg od středu 88 vedlejšího rotoru JO· Velikost poloměrů r- činí přibližně 5 % vzdálenootí mezi středy 76. 78 rotorů 28, JO· Vzdálenost b je

S 8 přibližně rovna součinu poloměru r_ff roztečné kružnice 46 vedlejšího rotoru 30 s druhou · odmocninou cpp£^p t,o jest ^y-c>8£ p

Poloměr zakřivení přibližně epitrodoidální křivky tvořící druhou část 72-80 primárního čela &2 se spojitě zmenšuje od vnějšího bodu 8-0 k vnitifaímu bodu 72· kde má funkční minimum rovné poloměru r^ · část 80-68 primárního čela 62 má tvar kruhového oblouku s poloměrem r^ a se středem 90 nachááejícím se ve vzdálenost by od středu 76 hlavního rotoru 28· Třetí část 80-68- probíhá od bodu 80, kde má společnou tečnu s Ččzsí 72-80 sekundárního čela, k vrcholu 68. Velikost poloměru ry činí přibližně 5 % vzdálenooti mezi středy £6. 88 rotorů 28· J0. Vzdálenost b- je přibližně rovna rozdílu meei vnějším poloměrem hlavního rotoru 28 a poloměrem ry·

Sekunddrní čelo 64 má tvar kruhového oblouku s poloměrem r, a se středem _92-nacházejícím se ve vzdálenoosi _ o^d s^eta ⁷⁶ ^avniho rotoru ²⁸· ^ekuudáární ^čelo ⁶⁴ probíh^á od bodu - 94 uvnitř roztečné kružnice 50_· který se od středu 76 hlavního rotoru - 28 nachází ve vzdálenoosi činící přibližně 95 % poloměru rM roztečné kružnice 50 hlavního rotoru -28 k vrcholu - 68· Selnrnddrní čelo 64 protíná roztečnou kružnici 50 v bodě 96 a jeho tečna v tomto bod^ě 9⁶ svíré s rad^lní přímkou ⁷6-96 úhe^e£2· Velikost tohoto úhlu^ je 30⁶ nebo přibližně 0,5 rad· Velikost poloměru je přibližně 1,4 násobkem součinu poloměru r^ roztečené kružnice 5⁰ , se sinei^²* Vzdálenost b² je poněkud v^ětší než součin ^poloměru r_M roztečné kružnice 50 s ccdinem^²» ~~

Dno 66 sestává z Havní vypukle válcové část-i se středem shodným se středem 76 hlavního rotoru 28 a dvou me^n^ích, vydutých čásltí tvořících v bodech 70· 94 hladké přechody s primárním čelem 63 a sekundárním čelem 64 hlavního rotoru 23«

Vrchol 68 má tvar kruhového oblouku se středem 98 na roztečné kružnnci 50 tvořícího pozvolné přechody s primárním čelem 62 a sekundárním čelem 64 hlavního rotoru 28·

Každá drážka 44 vedlejšího rotoru 30 sestává z primárního čela 1 -00· které v kompresoru. tvoří zadní čelo a v expandéru přední čelo drážky -44· a ze sekundárního čela 102 které podobně tvoří pře<dií nebo zadní čelo drážky -44· čelo 10_0· 102 začínnjí u dna 104 drážky 44· ležícího v radiálním směru nejvíce uvnitř, a probíhají k vrcholu \06 sousedního šroubovicového zubu 42·

Primární čelo 100 sestává ze tří na sebe navazujících částí. První část, která probíhá od vrcholu 106 к bodu 82, má zakřivený průběh vytvářený první Částí 70-72 sdoI.upůsobícího primárního čela 62 hlavního rotoru 28. Druhá část 82-84 byla, již popsána v souvislosti s druhou částí 72-80 primárního čela 62 hlavního rotoru 28. Je třeba poznamenat, že délka této druhé části 82-84 se může zmenšit až na nulu a druhá část 82-8£ může být nahrazena tupým rohem. Třetí část, která probíhá mezi bodem 84 a dnem 104 má průběh vytvo^j řený třetí částí 80-68 spolupůsobícího primárního čela 62hlavního rotoru 28.

Sekundární čelo 102 drážky £4 vedlejšího rotoru JO má konvexně-konktávní průběh s inflexním bodem vytvořeným spolupůsobícím sekundárním čelem 64 hlavního rotoru 28.

Vrchol 106 vedlejšího rotoru JO sestává z hlavní vypuklé válcové části se středem totožným se středem 88 vedlejšího rotoru JO a dvou menších vydutých částí tvořících plynulé přechody na primární čelo 100 a sekundární čelo Jj02 vedlejšího rotoru JO.

Je třeba poznamenat, že vrchol.68 hlavního rotoru 28 a dno £04 vedlejšího rotoru JO mohou mít také vydutý válcový tvar se středem v příslušných středech 76. 88 rotorů 28, 30. Je také možné nahradit menší, vypuklé části vrcholu 106 vedlejšího rotoru JO a třetí část 80-68 primárního čela 62 hlavního rotoru 28 zaoblenými rohy.

Na obr. 4 jsou znázorněny profily rotorů v zásadě téhož provedení, je zde však kombinován hlavní rotor s pěti šroubovicovými zuby a drážkami s vedlejším rotorem se sedmi šroubovicovými zuby a drážkami.

Z obr. 5 je patrný ůhel^ +/U mezi tečnou čela hlavního rotoru a radiální·přímkou procházející středem hlavního rotoru a daným tečným bodem, přičemž vzdálenost od tohoto bodu ke středu 76 hlavního rotoru je označena r, radiální vzdálenost od tohoto bodu к roztečné kružnici 50 hlavního rotoru je označena e a poloměr roztečné kružnice 50 hlavního rotoru je označen r^.

Na obr. 6 jsou graficky znázorněny změny poměru^u/e, popsaného výše v souvislosti s obr. 5, jako funkce radiáoní vzdálenosti r/r^ od středu 76 hlavního rotoru 28 к okamžitému tečnému bodu. Křivka a se týká sekundárního čela 64 z obr. 3, křivka b primárního čela 62 2 obr. 3, křivka fi odpovídajícího primárního čela 116_ profilu rotoru znázorněného na obr. 6 britského patentového spisu Č. 1 197 432 a křivka d znázorňuje pro srovnání případ čela podobného čelu odpovídajícímu křivce £, u kterého byla část u roztečné kružnice nahrazena částí evolventního tvaru 3 úhlem záběru 20°.

Z grafu je jasně patrné, že průběh poměruyu/e v případě až dosud používanýyh primárních čel, křivka £, je přibližně hyperbolický s asymptotou na roztečné kružnici. Jinými slovy, úhlová odchylka úhlu tečny se s radiální polohou tečného bodu v oblasti poblíž roztečné kružnice velmi rychle mění. To znamená, že fréza pro výrobu takového profilu bude mít také tvar s rychlými směrovými změnami poloměru zakřivení, což naopak klade vysoké požadavky na přesnost frézy pro výrobu rotoru s přijatelnými tolerancemi.

Určité zlepšení se dosáhne nahrazením patní části čela evolventníra profilem, Z grafu je však patrné, že poměr^u/e má v zásadě tentýž prVt i. když se nejkritičtější Část přemístila z roztečné kružnice к základové kružnici cvo.lvcnty - křivka d.

Primární čelo 62 profilu znázorněného na obr. 3 však přináší c-cela jiný průběh poměru /u/е. Z křivky £ v grafu je patrné, že funkce se blíží lineární závislosti, zejména v oblasti na obou stranách roztečné kružnice. Dále, hodnota funkce uvnitř této oblasti činí přibližně

1,6, je v podstatě konstantní a přibližně rovna průmětné hodnotě poměru tečných bodů nacházejících se ve velké vzdálenosti od středu rotoru. Podle vynálezu se *ato hodnot4 poměru yu/e volí tak, že

- k/cos^ yu/e = — tang ís kde к je konstanta s maximální hodnotou kolem 0,4 a minimální hodnotou 0,1,přičemž nejvýhodnější je hodnota v rozsahu 0,2 až 0,3Sekundární čelo S4 profilu znázorněného na obr. 3 má na poměr^/e podobný účinek. Jak je patrné z ^rafu, křivka a má na převážné části čela jak uvnitř, tak i vně roztečné kružnice přibližně 1»1, která rovněž spadá do výěe zmíněného rozsahu.

Zásluhou tvarování čel drážek hlavního rotoru podle vynálezu se úhlová odchylka tečného úhlu mění к radiální poloze tečného bodu, zejména v oblasti čela poblíž roztečné kružnice a po obou jejích stranách. To znamená, Že fréza pro výrobu takového profilu bude mít takový tvar, že hrany budou mít pozvolný průběh bez jakýchkoliv rychlých změn jeho směru nebo jeho poloměru zakřivení, což naopak dovoluje dosažení velmi těsných tolerancí vyráběného rotoru, ve srovnání s rotorem starého typu znázorněným na obr. 6 britského patentového spisu δ. I 197 432, při stejných tolerancích frézy. Jinými slovy, jakost rotorů a tím i účinnost stroje se Šroubovými rotory, se bez zvýšení výrobních nákladů podstatně zvýší. Výrobní náklady se naopak dokonce mohou snížit, protože nový profil frézy je jednodušší a proto výrobně levnější.

Tato skutečnost je dále patrná z obr. 7, na kterém je plnou čarou znázorněn nůž profilové frézy podle vynálezu a čárkovaně nůž staré profilové frézy, která již byla diskutována výše. Z obr. 7 je jasně patrné, že úhel mezi dvěma čely nože frézy je v případě frézy podle vynálezu podstatně větší než v případě frézy pro starý typ profilu rotoru. Tato skutečnost je zvláště opatrná na vnějším konci nože, kde má úhel mezi čely své minimum. Tento minimální úhel nového nože je přibližně 48°, což je přibližně čtyřnásobek velikosti úhlu starého nože, který Činí přibližně 12°.

Zásluhou toho je u nového nože ve srovnání se starým nožem také umožněn podstatně větší počet broušení, než rozměry nože poklesnou na přípustné minimum, protože se podstatně snižuje množství materiálu obrušovaného při každé operaci. Zásluhou toho mohou podstatně poklesnout náklady na nástroje, což dále přispívá к hospodárné výrobě strojů se šroubovými rotory.

Tvar profilu nože má příznivější řezné úhly a umožňuje menší opotřebení nástroje, takže mezi přebroušeními nástroje lue vyrobit větší počet rotorů. Dále, nový profil umožňuje širší volbu úhlů mezi řezným nástrojem a obrobkem v průběhu výrobní operace, což znamen^ že řezné úhly budou ještě příznivější, takže se ještě dále sníží zvýšení řezné rychlosti. Jinými slovy, vynález umožňuje výrobu podstatně účinnějších strojů s podstatně nižšími náklady, než tomu bylo u dosud známých méně účinných strojů·

Předchozí popis se omezoval na profilové frézování. Stejné výhody lze však dosáhnout i při jiných druzích obrábění, například frézováním odvalovací frézou nebo broušením. Podobné nebo stejné výhody se dosáhnou také tehdy, jestliže se rotory vyrábějí také zcela jiným způsobem, například tvarovým lisováním nebo odléváním.

Dále je třeba poznamenat, žv první část čela hlavního rotoru má takový poloměr zakřivení, že se minimalizují plošné nárazy na Cela rotoru, což v kombinaci se snížením vzájemné kluzné rychlosti přináší menší opotřebení rotorů v průběhu Činnosti stroje se Šroubovými rotory.

Skutečnost, Že nejméně primární Celo hlavního rot.cru zasahuje dovnitř roztečné kružnice, umožňuje, aby 3tyčná plocha mezi Cely rotorů ne této straně mohla být vytvořena na tóto straně roztečná kružnice, což umožňuje použití pohonu vedlejšího rotoru, při kterém je vzájemný pohyb mezi spolupůsobícími čel^ takový, že mezi styčnými plochami se nucen? vytváří film mazacího oleje.

Pomocí vynálezu lze tedy vyrábět stroje se šroubovými rotory s vyšší účinností, nižším opotřebením a možností pohánět jak vedlejší, tak i hlavní rotor. Stroj lze nezávisle na způsobu výroby vyrábět jednodušeji a levněji než podobné stroje dříve známých typů.

Claims (21)

1. P a 2 D M £ T VYNÁLEZU

   1. Stroj se šroubovými rotory, sestávající z pouzdra s pracovním prostorem opatřeným od sebe odlehlými nízkotlakými a vysokotlakými ústími pro spojení s nízkotlakým a vysokotlakým kanálem, přičemž v pouzdru jsou vytvořeny nejméně dvě navzájem se pronikající· vrtání s rovnoběžnými osami, ve kterých jsou uspořádány do sebe navzájem ve dvojicích zasahující rotory, každý rotor je opatřen Šroubovícovýml zuby a mezilehlými drážkami, takže dvojice spojených částí drážek vymezuje komoru šípového tvaru se základovým koncem uspořádaným v rovině kolmé к osám rotorů a poblíž vysokotlakého ústí stroje, jeden rotor je rotor vedlejší s vydutými boky zubů, přičemž převážně část každého šroubovicového zubu a drážky se nachází uvnitř roztečné kružnice, druhý rotor dvojice je rotor hlavní s vypuklými boky zubů, u kterého převážná část každého šroubovicového zubu a drážky se nachází vně roztečné kružnice rotoru, zuby jednoho rotoru sledují obalovou křivku vytvářenou drážkami druhého rotoru a vytvářejí spojitou těsnicí čáru mezi rotory, každá rotorová drážka je opatřena primárním čelem tvořícím obvodově vnější stěnu ramena uvedené komory tvořeného drážkou vedlejšího rotoru a obvodově vnitřní stěnu ramena této komory tvořeného drážkou hlavního rotoru a sekundárním čelem tvořícím zbývající stěnu příslušného ramena komory, vyznačující se tím, že nejméně primární Čelo (62) každé drážky (40) hlavního x^otoru (28) sestává v rovině kolmé na osy rotorů z první části (70-72) přilehlé к roztečné kružnici (50) a probíhající radiálně směrem od této roztečné kružnice (50) a tečna к této první části (70-72) v průsečíku (78) s roztečnou kružnicí (50) svírá s radiální přímkou (76-78) procházející středem (76) rotoru (28) a průsečíkem (78) úhel (^) v rozsahu 0,25 až 0,75 rad, měřeno vně roztečné kružnice (50) od tečny směrem к drážce (40), přičemž poloměr (r^) zakřivení této první části (70-72) primárního Čela (62) v průsečíku (78) přesahuje svou délkou součin poloměru (r_M) roztečné kružnice (50) se sinem úhlu ) mezi tečnou a radiální přímkou (76-78).
2. 2. Stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že první část (70-72) primárního čela (42) zasahuje dovnitř roztečné kružnice (50).
3. 3. Stroj podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že první část (70-72) primárního 5г7a (62) je vydutá.

   i. S*ro_M podle bodu 3» vyznačující se tím, že první část (70-72) primárního čela má takový tvar, že poměr mtzl úhlovou odchylkou (u) od úhlu (£j) úhlu Qu * ) mezi tečnou pr’»ní Částí (70-7?) ve volitelném bodě a radiální přímkou procházející tímto bodem, a a radiální ”z dáléností od tohoto volitelného bodu к roztečné kružnici (50) je v podstatě konstantní nebo přibližně rovný průměrné hodnotě tohoto poměru v bodech hlavní části primárního Čela ( -2) nacházejícími se vně první Části (70-72).
4. 5. Stroj podle bodu 4, vyznačující se tím, že uvedený poměr se mění podle vztahu c

   1 1 ík

   - je úhlová odchylka v rad,

   - je radiální vzdálenost od daného bodu к roztečná kružnici v poměru к poloměru roztečné kružnice, a

   - je úhel v průse^číku s roztečnou toružnicí a

   - je konstanta
5. 8 mmxirnminí hodnotou přibližně 0,4, minimální v rozsahu 0,2 až 0,3.

   ó.

   72) (70, poloměru kteréhokoliv z bodů 2 až 5, ^^s^i^a^č^uuící se tím, (70-72) primárního čela (62) leží v rozsahu 0,
6. 9

   Stroj podle první části (r^) roztečné kružnice (50).

   že až radiální extrémy

   1,15 násobku

   Stroj podle kteréhokoliv z bodů 3 až 6, vyznačuuící se tím, primárního čela (62) má přibližně konatantaí poloměr ()) zakřivení.

   7.

   že první část (7Q-7j)

   8. Stroj podle bodu 7, vyznačuuící (62) má tvar křivky druhého řádu.

   se tím, že první čájst (70-72) primárního čela se tím, výhodou že křivka je tvořena kruhovým obloukem 1,5násobkem součinu poloměru (r^) roz9. Stroj podle bodu 8, vyznačnujcí s poloměrem (^), který je 1,1 až 1,7, s tečné kružnice (50) se sinem úhlu (()) tečny v průsečíku (78) s roztečnou kružnicí (50), a jeho střed (74) se nachází ve vzdálenosti (b)) od středu (76) rotoru (28) tak, že poměr mezi touto vzdxHenoostí (b^) a poloměrem (r^) roztečné kružnice spadá mezi úhlu ( ( ) a druhou odmooninu tohoto cosinu.

   cosinus
7. 10. Stroj podle kteréhokoliv z bodů 3 až 9, vyznačuuící se tím, v průsečíku (78) s roztečnou kružnicí (50) je přibližně 0,3 rad.

   že úhel
8. 11. Stroj podle kteréhokoliv z předchozích bodů, vyznačuuící se (62) hlavního rotoru (28) obsahuje druhou část (72-80), která navazuje (70-72) a radiálně vystupuje, přičemž poloměr zakřivení této druhé části (712), který je společný s první částí (70-72), je nejméně roven poloměru (70-72) primárního čela (62) v tomto bodě (72).

   tím, že první část (72-80) v bodě (r,) první na primární čelo částí čda O 00)
9. 12. Stroj podle bodu 11, vyznačuuící se tím, že druhá část (72-80) primárního (62) má přibližně epitrochoidálaí tvar vytvářený částí (82-84) spolupůsobícího čela vedlejšího rotoru (30) nachááeeící se uvnitř roztečné kružnice (46) vedlejšího rotoru '30).
10. 13- Stroj podle bodu 12, vyznačn jící se tím, že člst. (82-84) primárního čela (100) má tvar křivky se střddcm zakřivení alespoň pro nejvzdálenější bod (82) uvnitř roztečné kružnice (64) rotoru (30) a poloměr (r_g) zakřivení je podstatně menší než Doloměr (-₇) roztečné kružnice (46) rotoru (30).
11. 14· Stroj podle bodu 13, vyznačuuící sc t.ím, že část (82-84) primárního čela (100) má tvar kruhového oblouku s poloměrem (r), jehož velikost, je menší než ' OH, s výhodou přibližně 5 %, vzdálenost mezi středy (76, 78) rotorů (28, 30) od spředu (88) rotoru (30) tak, Že poměr mezi touto vzdálenootí (b) a poloměrem. (r_p) roztečné kružnice (46) vedlejšího rotoru (30) je přibližně roven druhé odmO^ně cosinu úhlu (/. ) mezi te^čí^ou a radiální přímkou v průsečíku roztečnou kružnicí.
12. 15· Stroj podle bodu 13 aebo 14, vyznačnujcí se tím, (100) mé na obou svých koncích společné tečay s v těchto bodech (82, 82).

    podle kteréhokoliv z bodů 12 až rotoru (28) obsahuje třetí člst

    15, vyznačující se tím, že primární čelo (80-68), která navazuj? na druhou část že část (82-84) primárního čela částmi primárního čela (100) navazujícími
13. 16. Stroj (62) vedlejšího (72-80) a probíhá radiálně směrem k vrcholu (68) přísněného zubu (32), přičemž tato třetí část (80-68) má vypuklý tvar mající v libovolném jejím bod? malý poloměr (r-,) zakřivení a střed zakřivení aacháázeící se vně roztečné kružnice (50) rotoru (28).
14. 17. Stroj podle bodu 16, vyznačující se tím, že křivka tvořící třetí část (80-68) primárního čela (62) je druhého řádu.
15. 18. Stroj podle bodu 17, vyznačující se tím, že křivka drahého řádu je tvořena kruhovým obloukem s poloměrem (r^), který je menší než 15 %, s výhodou přibližně 5 %, vzdálenosti mezi středy (76, 88) rotorů (28, 30).
16. 19. Stroj podle kteréhokoliv z bodů 16 až 18, vyznačující se tím, že třetí část (80-68) primárního čela (62) má ve svém radiálně nejvnitřnějším bodě (80) společnou tečnu s druhou Částí (72-80) v tomto bodě (80).
17. 20. Stroj podle kteréhokoliv z bodů 1 až 9, vyznačující se tím, že sekundární čelo (64) drážky (40) hlavního rotoru (28) obsahuje první část (94-68) podobnou částí primárního čela (62).
18. 21. Stroj podle bodu 20, vyznačující se tím, že první Část (94-68) sekundárního Čela (64) probíhá к vrcholu (68) zubu (38).
19. 22. Stroj podle bodů 20 nebo 21, vyznačující se tím, že úhel v průsečíku sekundárního čela (64) s roztečnou kružnicí (50) je přibližně 0,5 rad.
20. 23· Stroj podle kteréhokoliv z předchozích bodů, vyznačující se tím, že vrchol (68) zubu (38) hlavního rotoru (28) má tvar kruhového oblouku se středem (98) na roztečné kružnici (50), přičemž tečny na obou koncích vrcholu (66) jsou společné s navazujícími částmi čel v těchto bodech.
21. 24. Stroj podle kteréhokoliv z předchozích bodů, vyznačující se tím, ?e dno (66) každé drážky (40) hlavního rotoru sestává z radiálně nejvnltřnějěí části a nejméně jedné vyduté části spojující tuto nejvnltřnějěí část se sousední částí (70-72, 94-68),čela, přičemž vydutá Část má tvar kruhového oblouku s poloměrem podstatně menším než poloměr (r^) roztečné kružnice (50) a tečny v koncích vyduté části jsou společné s tečnami navazujících částí profilu rotoru v těchto bodech (70, 94).