CZ2001514A3 - Dvojitý ąroubový rotor pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká dvojitých šroubových rotorů pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média, zejména pro čerpadla, kteréžto rotory jsou provedené jako jednochodé s měnícím se stoupáním a jsou určené k osazení do osově rovnoběžného, protiběžného vnějšího záběru,, s úhly opásání minimálně 720°, čímž vytvářejí ve skříni axiální komorovou sekvenci bez spojů s hubicí, přičemž čelní profil je tvořen z kruhového oblouku jádra, z cykloidně vydutého boku závitu, z vnějšího kruhového oblouku a dalšího boku závitu.

Dosavadní stav techniky

Patentový spis DE 87685 popisuje stroj označený jako uzavřený stroj se šroubovými zuby, u kterého jsou šroubové rotory provedené s měnícím se stoupáním. Stroj se dá použít ne jen jako motor nýbrž i jako čerpadlo. Aby se -při provozu jako motornárůst objemu pracovních komor ve směru expandujícího se média přídavně zvýšil, jsou rotory provedené volitelně kónicky.

V patentovém spisu DE 609405 je popsán chladící stroj vzduchu s kompresorem a reduktorem tlaku, které oba mají šroubové dvojice s měnícím se stoupáním a hloubkou závitu. Obalové plochy rotorů jsou provedené kónicky.

Oba výše uvedené stroje se vyznačují tím nedostatkem, že musí míti kónické válce, pročež se mohou rotory zabudovávat a vyjímat pouze z jedné strany. To zvyšuje náklady při montáži a demontáži strojů, což je zvláště nevýhodné při údržbářských a čistících pracích.

• ·

-2Patentová přihláška EP 0697523 se týká šroubového výtlačného stroje, u kterého mají spolu zabírající rotory nestejné, jako „mužské“ a „ženské“ označené šroubové profily, takzvané profily S.R.M., s plynulou změnou stoupání. Čelní profil je přitom obměňován tak, že úhel hlavy zubu případně délka vnějšího kruhového oblouku je monotónně narůstající funkcí v závislosti na úhlu opásání. Nedostatkem těchto profilů je, že dobré přepažení axiální sekvence pracovních komor není pro zůstávající vyfukovací otvor možné. Vyfúkovacím otvorem způsobené ztráty vakua mají za následek ztráty účinnosti, takže takovým strojem se nemůže minimálně při malých a středních otáčkách dosáhnout dobrá vnitřní komprese.

Spis DE 19530662 uvádí šroubové sací Čerpadlo s na vnější straně zabírajícími šroubovými elementy, u kterého stoupání šroubových elementů od konce vstupu ke konci výstupu kontinuálně klesá, aby se dosáhla komprese odváděného plynu. Tvar zubů šroubového rotoru má tvar epitrochoidální a/nebo Archimedovy křivky. Nevýhodou tohoto stroje je, že dosažitelný vnitřní přírůstek zhuštění je při uvedených geometrických poměrech mírný. Navíc fixuje chybějící variace čelního profilu již tak nedobrý poměr komprese a způsobuje pro zmenšování hloubky štěrbiny mezi vnějším průměrem šroubu a skříní směrem ke konci šroubu zvýšený přírůstek netěsnosti.

Spis DE 4445958 popisuje šroubový kompresor s protiběžně rotujícími, na vnější straně zabírajícími šroubovými elementy. Šroubovice šroubových elementů se od jednoho axiálního konce k od tohoto vzdálenému druhému axiálnímu konci kontinuálně zmenšuje. Navrhuje se obdélníkový nebo lichoběžníkový profil. Nevýhodou této geometrie profilů je, že pracují dostatečně bez ztrát pouze tehdy, je-li hloubka záběru v relaci k průměru malá, jak to je uvedené v této publikaci. Takový stroj má tedy značný stavební objem a velkou hmotnost. Je další nevýhodou takových geometrií profilů, že jsou nutné extrémně velké změny stoupání, má-li se dosáhnout uspokojivý vnitřní přírůstek zhuštění. Jako u výše uvedené DE 19530662 fixuje také zde scházející variace čelního profilu tento nedostatek, což způsobuje i zde zvýšený přírůstek netěsnosti pro zmenšení hloubky štěrbiny mezi vnějším průměrem šroubu a skříní směrem ke konci šroubu.

• φ φ φ

Další publikace, například SE 85331, DE 2434782 a DE 2434784 se týkají šroubových strojů s vnitřními osami, které nemají konstantní stoupání šroubů nebo měnící se čelní profily. Nevýhodou všech těchto strojů je, že mají vysoké výrobní náklady a že jsou v každém případě nutná dynamická těsnění na straně sání.

Dále existuje několik publikací, například DE 29334065, DE 2944714, DE 3332707 a AU 261792, které popisují dvouhřídelové kompresory s rotory podobnými šroubům. Tam jsou rotory a v několika případech i skříň sestavené z axiálně za sebou uspořádaných profilových desek různé tloušťky a/nebo obrysu a takovým uspořádáním způsobují vnitřní kompresi. Všechny stroje s rotory podobnými šroubům mají nevýhodu, že jejich stupeň účinnosti je v porovnání se stroji se šroubovitými rotory zmenšený, protože stupňovitou konstrukcí vznikají škodlivé prostory a virové zóny. Dále se dají očekávat u rotorů podobných šroubům problémy s tvarovou stálostí, protože se při provozu zahřívají.

Podstata vynálezu

Vychází-li se z tohoto stavu techniky je úkolem vynálezu navrhnout dvojité šroubové rotory, které nemají výše uvedené nevýhody.

Tyto úkoly jsou podle vynálezu řešeny tím, že stoupání neprobíhá monotónně aleje definované jako závislá proměnná úhlu opásání, že stoupání v první dílčí oblasti od konce šroubu na straně sání narůstá a po přibližně jednom opásání dosahuje maximální hodnotu, že se stoupání v druhé dílčí oblasti navazující na první dílčí oblast zmenšuje a přibližně jedno opásání před koncem šroubu na tlakové straně dosahuje minimální hodnotu a že stoupání třetí oblasti navazující na druhou dílčí oblast je v podstatě konstantní.

Zvláštní způsoby provedení vynálezu jsou popsány v závislých nárocích.

• ♦

-4Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude s přihlédnutím na způsoby provedení znázorněné na výkresech níže blíže popsán. Na výkrese znázorňuje :

Obr. 1 dvojici šroubových rotorů ve vzájemném záběru, obr. 2 pravochodý rotor, obr. 3 levochodý rotor, obr. 4 čelní řez šroubovým rotorem s obměňujícím se profilem, obr. 5 rozvíjení referenční spirály vynálezeckého rotoru, obr. 6 průběh stoupání rozvinutí podle obrázku 4, obr. 7 průběh příčného řezu pracovní komorou u stroje bez variace a s variací profilu, obr. 8a až 8c Příčný řez skříní, rotorem a pracovní komorou kompresoru opatřeného vynálezeckými rotory, obr. 9a až 9p Čelní řezy dvojicí rotorů, které znázorňují vývoj průřezu pracovní komory podle obrázku 7.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 2 ukazuje příklad provedení dvojice šroubových rotorů 1 a 2 ve vzájemném osově rovnoběžném vnějším záběru. Obrázky 2 a 3 ukazují každý z rotorů 1 a 2 z obrázku 1 samostatně. Na těchto obrázcích lze zřetelně rozeznat, že vnější plášť a jádro jsou válcovité, takže hloubka záběru je po celé délce šroubu konstantní. Na obrázku

ukazují míiy ÁW] a Aw₂, že se stoupání šroubu podél osy mění, ale že přitom výška h šroubovité vnější válcovité plochy rotoru zůstává konstantní, takže se zabrání ztrátám netěsnostmi mezi rotorem a vnitřní stěnou skříně vůči tlakové straně, které se u některých úvodem zmíněných strojů podle stavu techniky nežádoucím způsobem vyskytují. Vztahovou značkou 7 je na tomto obrázku označená referenční spirála, o které bude později ještě bližší zmínka, a 8 je druhá ohraničující spirála vnější, válcovité plochy rotoru.

Na obrázku 4 je znázorněn rotor v prvoúhlém řezu k ose rotoru. Takto vznikající čelní profil vykazuje kruhový oblouk 3 jádra, s po celé délce šroubu konstantním poloměrem Kb, který -ve směru hodinových ručiček- přechází podle sektorového úhlu γ do vydutého boku závitu 4 ve tvaru cykloidy. Geometrie vydutého boku závitu 4 je po celé délce šroubu neměnná. Na vydutý bok závitu 4 navazuje v bodě B ostrým úhlem vnější kruhový oblouk 5 s po celé délce šroubu konstantním poloměrem Ra, který přechází podle sektorového úhlu γ v bodě C do dalšího boku závitu 6. Ten konečně ústi tangenciálním přechodem do kruhového oblouku 3 jádra. Variace obrysu čelního profilu podél osy šroubu spočívá na změně sektorového úhlu γ , jakož na změně geometrie dalšího boku závitu 6. Variace sektorových úhlů γ podél osy šroubu je přednostně určená prostorově minimálně přibližně ekvidistantnim průběhem nej vnějšími body vydutého boku B„ tvořenou referenční spirálou (7 na obrázku 3) a druhou ohraničující spirálou (body C) (8 na obrázku 3) vnější, válcovité plochy rotoru.

Obrázek 5 ukazuje na diagramu rozvíjení w referenční spirály, zmíněné v souvislosti s obrázkem 4, v závislosti na úhlu opásání a. Pro srovnání je zakreslena ještě jedna přímka g a odpovídající úseky P₂, 2Ρ» a t.d. odvíjení spirály s konstantním stoupáním. Průběh stoupání je zřetelně patrný, pozoruj e-li se na obrázku 6 znázorněná bw první derivace w’ (=----) rozvíjení w. Hodnota w’ je dynamické stoupání výše zmíněné

6« ^L° referenční spirály. Na tomto obrázku je patrné,že stoupání začíná při a = 0 hodnotou---2π přičemž je L₂ konstantou odpovídající střední výšce stoupání. V první dílčí oblasti Tj

-6(Í+A)-Lo narůstá w’ a dosahuje při α = 2π maximální hodnotu-----------, přičemž je A

2π amplitudový moderátor. V druhé dílčí oblasti T2, která sahá od 2π do 6π stoupání klesá a (1-A)· L_o dosahuje při a = 6π minimální hodnotu---------, kterou si zachová v třetí dílčí části

2π až do konce šroubu.

Obrázek 7 ukazuje příčný řez F komorou ve funkci úhlu opásání a, přičemž plnou čarou znázorněná křivka F_s znázorňuje příčný řez komorou bez variace profilu a čárkovaně kreslená křivka F_g příčný řez komorou s variací profilu.

Na obrázku 8a je znázorněn příčný řez skříní určenou pro uložení vynálezeckých dvojitých šroubových rotorů, obrázek 8b znázorňuje řez rotory, který odpovídá znázornění na obrázku 4 a na obrázku 8c je šrafovaně znázorněn průřez Fg komory.

Na obrázcích 9a až 9p je znázorněn vývoj průřezu pracovní komory v závislosti na úhlu opásání. Tento je udán na obrázcích v stupních úhlu.

·

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Dvojité šroubové rotory pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média, kteréžto rotory jsou provedené jako jednochodé s měnícím se stoupáním a jsou určené k osazení do osově rovnoběžného, protiběžného vnějšího záběru s úhly opásání minimálně 720°, aby vytvářely ve skříni axiální komorovou sekvenci bez spojů s hubicí, přičemž čelní profil je tvořen kruhovým obloukem (3) jádra, cykloidně vydutým (4) bokem závitu, vnějším kruhovým obloukem (5) a dalším bokem závitu (6), vyznačující se tím, že stoupání neprobíhá monotónně a je definované jako proměnná úhlu opásání, že stoupání v první dílčí části (TJ ve směru od sacího konce šroubu narůstá a po přibližně jednom opásám dosáhne maximální hodnotu, že stoupání v druhé dílčí části (T₂) navazující na první dílčí část klesá a přibližně jedno opásání před tlakovou stranou konce šroubu dosáhne minimální hodnotu a že stoupání ve třetí dílčí části (T₃) navazující na druhou dílčí část je v podstatě konstantní.
2. 2. Dvojité šroubové rotory podle nároku 1, vyznačující se t í m , že se obrysy Čelního profilu podél osy šroubu mění, změní-li se sektorový úhel (γ) kruhového oblouku (3) jádra a vnějšího kruhového oblouku (5) a změní-li se geometrie dalšího boku závitu (6), přičemž jsou kruhový poloměr (Rb) jádra, vnější kruhový poloměr (Ra) a geometrie vydutého boku závitu konstantní a přičemž nejzazší body vydutého boku závitu vytvářejí referenční spirálu (7) pro definici průběhu stoupám.
3. 3. Dvojité šroubové rotory podle nároku 2, vyznačující se tím, že variace sektorových úhlů (γ) kruhového oblouku (3) jádra a vnějšího kruhového oblouku (5) podél osy šroubuje určená prostorově minimálně přibližně ekvidistančím průběhem referenční spirály (7) a druhé ohraničující spirály (8) vnější, válcovité plochy rotoru.

   ·· • ·♦· • · • · · · · • 9 ·· · ·

   1/6

   Obr.l • · ·· · ·

   2/6

   Obr.2 .f «, i, .

   Obr.3 • · 9 9 ♦ ♦ · • · · 9 9 99 : ··· ·: :.·*·: : :

   ··· ·· ·· ···· ·· ·*·
4. 4/6 ··