CZ288117B6 - Zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci - Google Patents

Abstract

Zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci je vytvořeno z nejméně jednoho rotoru (2, 3, 4) a ze statoru (1). Alespoň část rotačního pláště prvorotorového hřídele (21) nejméně jednoho prvního rotoru (2) je tvořena rotací křivky, kolem osy prvorotorového hřídele (21), přičemž k rotační ose prvorotorového hřídele (21) je tato křivka konkávní nebo konvexní. Alespoň část vnitřního pláště statoru (1) je vzhledem k rotační ose jeho vnitřního prostoru konkávní nebo konvexní a je dána tvarem rotační obálky prvního rotoru (2). Všechny profily řezů šroubovými prvorotorovými zuby (211) odpovídají konkávnímu a/nebo konvexnímu tvaru vnitřního pláště statoru (1) a pláště prvorotorového hřídele (21) nejméně jednoho prvního rotoru (2).ŕ

Description

Zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci, sestávajícího z nejméně jednoho rotoru a ze statoru, v němž je vymezen pracovní prostor nejméně dvěma šroubovými zuby, které jsou ve vzájemné interakci svými plášti a tyto šroubové zuby jsou navinuty na pláštích hřídelů a tvoří rotory nebo jsou navinuty na plášti alespoň jednoho hřídele a tvoří rotor a také na vnitřním plášti statoru, přičemž tyto šroubové zuby mají shodný nebo protisměrný smysl stoupání a konstantní nebo proměnný úhel stoupání a plášť šroubového zubu je determinován sumou profilů všech řezů šroubovým zubem vedených rotačními plochami protínajícími osu rotace šroubového zubu a zároveň souosými s touto osou rotace šroubového zubu, přičemž osy rotace šroubových zubů ve vzájemné interakci jsou rovnoběžné nebo různoběžné nebo mimoběžné.

Dosavadní stav techniky

Základním požadavkem na zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci je buď změna objemu média bez, nebo se současným zvýšením jeho tlaku, nebo změna tlaku a/nebo rychlosti proudění na výstupu při zachování objemu média, nebo bez změny objemu média využití tlakové energie média a její převod na rotační pohyb, nebo při současném rozpínání média využití tlakové energie a její převod na rotační pohyb, nebo kombinace komprese objemu média a po vstříknutí a zapálení paliva expanze směsi a převod tlakové energie na rotační při současném rozpínání objemu média.

Na principu vzájemné interakce šroubových zubů navinutých na nejméně dvou rotorech suvně rotujících ve statoru, popř. navinutých na jednom rotoru a na vnitřní ploše statoru, existuje řada známých zařízení. Plochy šroubových zubů lze po částech popsat funkcemi danými v každém bodě třemi parametry, tj. poloměrem výtvarné šroubovice, úhlem pootočení a úhlem stoupání šroubovice. Každý rotor lze přitom vyjádřit jako determinovanou sumu profilů řezů vedených souosými rotačními plochami, obvykle vyjadřovanými jako plochy druhého stupně, především kulovou plochou, kuželovou plochou a v limitních hodnotách rovinou kolmou k ose rotace. Dosavadní známá řešení mají šroubové zuby navinuty na válcovém nebo kuželovém plášti hřídele. Tato řešení jsou známa pro různé tvary profilů šroubových zubů, avšak neumožňují dostatečnou variabilitu a zejména strmost změn profilů téhož šroubového zubu podél jeho osy. U rotorů s válcovým pláštěm hřídele lze měnit mezizávitový prostor pouze změnou stoupání šroubových zubů. U rotorů s kuželovým pláštěm hřídele je možno měnit mezizávitový prostor změnou stoupání šroubových zubů a změnou vrcholového úhlu kužele pláště hřídele. Změna objemu mezizávitového prostoru je v obou případech limitována délkou a průměrem rotorů. Velikost rotorů nelze extrémně zvětšovat, protože se tím neúměrně zvyšují nároky na obestavěný prostor. Velké hmoty mohou způsobovat nevyváženosti a kmitání rotorů i problémy s jejich utěsněním.

Dosavadní známá zařízení pro stlačování média, např. rotační šroubové kompresory, pracují na principu rotorů se šroubovými zuby s konstantním stoupáním a konstantním neměnným profilem zubů a s válcovou rotační obálkou rotorů. Funkcí rotorů je výhradně transport média v mezizávitových prostorech ve směru od vstupu k výstupu. K vytváření tlaku dochází až na výstupu ze zařízení. Nevýhodou je omezení stupně komprese jednak rozměry zařízení a jednak jejich konstrukcí popsanou výše. Účinnost je limitována neměnným průběhem tvaru a velikosti labyrintu mezizávitových prostorů současných zařízení.

-1 CZ 288117 B6

Zařízení, u nichž se nemění objem mezizávitových prostorů, se také využívají jako generátory a v obráceném zapojení jako motory, např. pneumatické motory, hydromotory, kdy tlakové médium je přiváděno na vstup a roztáčí šroubové rotory. Nevýhodou však je opět neměnná a strmá charakteristika průběhu tlakové změny mezi vstupem a výstupem média.

Kombinací zařízení za sebou je dosahováno stupňovité zvyšování komprese, naproti tomu paralelním uspořádáním většího počtu zařízení se zvyšuje stlačovaný objem. To klade velké nároky na prostor, energii a regulaci.

V podstatě neúspěšné jsou dosavadní konstrukce spalovacích motorů se šroubovými zuby. Uspořádání těchto typů motorů se dosud omezilo na kombinace dvou a více vzájemně propojených samostatných zařízení, tedy kompresoru a expandéru. Nevýhodou těchto řešení jsou zejména omezené možnosti přizpůsobení tvaru pracovního prostoru a uspořádání samostatných částí zařízení pro sání, kompresi, expanzi a výfuk, konkrétnímu požadovanému průběhu spalovacího procesu. Dále mají známá zařízení velké rozměry. U typů s válcovými hřídeli a skříněmi především velkou délku a u typů s kuželovými hřídeli a skříněmi velký průměr, což negativně ovlivňuje i dynamické vyvážení rotorů.

Známé je například technické řešení podle CZ UV č. 8308, kde šroubové zuby jsou navinuty na kuželi a rotační obálka rotorů je také kuželová. V tomto typu zařízení dochází ke změně objemu média již v mezizávitových prostorech, avšak průběh a stupeň komprese i expanze média je limitován vrcholovými úhly kuželových rotorů. Toto řešení nelze modifikovat tak, aby se požadovaným způsobem změnila pracovní charakteristika zařízení.

Je známo také řešení rotačního diskového spalovacího motoru obsažené ve zveřejněné CZ PV 558-91, které využívá k předělení pracovního prostoru rotujícího pracovního disku rotující kompresorové disky se šroubovými plochami, avšak tyto šroubové plochy nejsou ve vzájemné interakci a rotující kompresorové disky slouží jen jako rotační šoupátka pracovního disku, která nepřevádějí tlakovou sílu na kroutící moment. Nevýhodami tohoto řešení jsou periodický dávkový cyklus a rázy maximálního tlaku na rotující šoupátka. Zařízení vyžaduje dokonalé utěsnění. Opotřebení při vzájemném suvném pohybu a současném působení rázových sil bude vysoké a životnost zařízení pravděpodobně nízká.

Dalším obdobným řešením rotačního motoru, obsaženým v přihlášce vynálezu PCT WO 93/14299, je zařízení využívající k předělení pracovního prostoru rotoru se šroubovým zubem rotační disk, opatřený zářezem pro průchod tohoto šroubového zubu. Rotační disk a šroubový zub tvoří dvě pohyblivé přepážky pracovního prostoru. Vnější konvexní plocha pracovního rotoru je dána vnějším tvarem rotačního disku a neurčuje pracovní charakteristiku zařízení. Šroubový zub není v interakci se žádným dalším šroubovým zubem.

Další známé řešení podle DE 19738132 Al je založeno na principu protiběžných rotorů se vzájemně přizpůsobenými profily zubů, s válcovými nebo kuželovými rotačními obálkami rotorů a s proměnným stoupáním šroubových zubů rotorů. Ke kompresi dochází již v mezizávitových prostorech, avšak stupeň komprese je limitován rozměry zařízení. K přesunu média dochází vzájemným protisměrným pohybem rotorů, kdy médium je stlačováno pouze ve vnitřním prostoru mezi těmito rotory, nikoliv v prostoru mezi rotorem a skříní zařízení. Konstrukce současně omezuje i maximální možnou délku šroubových zubů a pro fungování je potřebný určitý minimální počet závitů šroubových zubů.

Jiné známé řešení podle patentu US 5 533 887 má ve vzájemné interakci ve skříni uloženy protiběžné rotory, které mají kuželové hřídele a na nich navinuté šroubové zuby s konstantním stoupáním, přičemž rotační obálky šroubových zubů tvoří k těmto hřídelům opačně orientované kužely. Tyto rotační obálky rotorů vymezují kuželové vnitřní prostory skříně, s nimiž jsou také ve vzájemné interakci. Tato konstrukce řeší těsnění šroubových zubů rotorů vůči skříni plochou

-2CZ 288117 B6 a v důsledku toho je stoupání šroubových zubů shodné a závislé na vrcholových úhlech kuželů hřídelů i skříně, které určují průběh pracovní charakteristiky zařízení. Při shodných parametrech na vstupu lze dosáhnou na výstupu pouze jediných konkrétních parametrů. To značně omezuje variabilitu použití tohoto zařízení.

Všechna dosud známá řešení umožňují změny profilů šroubových zubů a změny stoupání šroubových zubů pouze v omezeném rozsahu. Nikoliv podle konkrétních přesných požadavků na pracovní charakteristiku zařízení.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že alespoň část rotačního pláště prvorotorového hřídele nejméně jednoho prvního rotoru je tvořena rotací křivky kolem osy tohoto hřídele, přičemž k rotační ose tohoto prvorotorového hřídele je tato křivka konkávní nebo konvexní a alespoň část vnitřního pláště statoru je vzhledem k rotační ose jeho vnitřního prostoru konkávní nebo konvexní a je dána tvarem rotační obálky prvního rotoru, který je uložen ve statoru. Všechny profily řezů šroubovými prvorotorovými zuby odpovídají konkávnímu a/nebo konvexnímu tvaru vnitřního pláště statoru a pláště prvorotorového hřídele nejméně jednoho prvního rotoru.

Dále je podstatou vynálezu, že nejméně dva rotory jsou svými rotačními obálkami ve vzájemné interakci s vnitřním pláštěm statoru. Každá dvojice rotorů je ve vzájemné interakci šroubovými plochami svých šroubových prvorotorových zubů a druhorotorových zubů a tato vzájemná interakce je podél dotykových křivek, tvořených body nejmenší vzájemné vzdálenosti každého profilu šroubových prvorotorových zubů prvního rotoru a druhorotorových zubů druhého rotoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže objasněn pomocí následujících schematických obrázků:

obr. la vyobrazení skříně - statoru v řezu s jedním rotorem se dvěma zuby a se třemi zuby na vnitřním plášti statoru obr. lb vyobrazení skříně - statoru v řezu A-A podle obr. la, s jedním rotorem se dvěma zuby a se třemi zuby na vnitřním plášti statoru obr. lc vyobrazení skříně - statoru v řezu s jedním rotorem s jedním zubem a se dvěma zuby na vnitřním plášti statoru obr. Id vyobrazení skříně - statoru v řezu A-A podle obr. lc, s jedním rotorem s jedním zubem a se dvěma zuby na vnitřním plášti statoru obr. 2a axonometrické vyobrazení skříně - bez rotorů v částečném řezu obr. 2b axonometrické vyobrazení vnitřního pláště skříně - statoru, který je v podstatě současně obálkou rotorů obr. 2c axonometrické vyobrazení rotoru se dvěma šroubovými zuby navinutými na plášti hřídele konkávně - konvexního tvaru obr. 3 axonometrické vyobrazení řezu skříně - statoru se dvěma rotory, z nichž jeden je v částečném řezu šroubovými zuby na plášti hřídele obr. 4a vyobrazení dvojice rotorů s konvexními plášti hřídelů, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu (kompresor) obr. 4b vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 4a, ve společné skříni - statoru obr. 4c vyobrazení dvojice rotorů s konvexními plášti hřídelů, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru, v řezu - s opačným směrem otáčení rotorů a prouděním média, proti vyobrazení na obr. 4a a 4b, (expandér) obr. 4d vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 4c, ve společné skříni - statoru

-3CZ 288117 B6 obr. 5a vyobrazení dvojice rotorů s konkávními plášti hřídelů, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu (kompresor) obr. 5b vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 5a, ve společné skříni - statoru obr. 5c vyobrazení dvojice rotorů z nichž jeden má konvexní a druhý konkávní plášť hřídele, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu (kompresor) obr. 5d vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 5c, ve společné skříni - statoru obr. 5e vyobrazení dvojice rotorů s částmi plášťů hřídelů konkávními a částmi plášťů hřídelů konvexními, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu (kompresor) obr. 5f vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 5e, ve společné skříni - statoru obr. 6a vyobrazení dvojice stejnoběžných rotorů s konvexními plášti hřídelů, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu obr. 6b vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 6a, ve společné skříni - statoru s vyznačeným tvarem profilů zubů obr. 6c vyobrazení dvojice protiběžných rotorů s konvexními plášti hřídelů s jedním šroubovým zubem, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu obr. 6d vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 6c, ve společné skříni - statoru s vyznačeným tvarem profilů zubů obr. 7a vyobrazení řezu zařízením s trojicí rotorů, z nichž střední má konvexní plášť hřídele a oba krajní rotory mají válcové pláště hřídelů, ve společné skříni - statoru v řezu obr. 7b vyobrazení trojice rotorů v řezu A-A dle obr. 7a, ve společné skříni - statoru obr. 8a vyobrazení dvojice rotorů v řezu A-A dle obr. 8d, ve společné skříni - statoru s vyznačeným konkrétním tvarem profilů zubů a tvary pracovních prostorů obr. 8b vyobrazení dvojice rotorů v řezu B-B dle obr. 8d, ve společné skříni - statoru s vyznačeným konkrétním tvarem profilů zubů a tvary pracovních prostorů obr. 8c vyobrazení dvojice rotorů v řezu C-C dle obr. 8d, ve společné skříni - statoru s vyznačeným konkrétním tvarem profilů zubů a tvary pracovních prostorů obr. 8d vyobrazení dvojice protiběžných rotorů s plášti hřídelů po částech konvexními a konkávními se dvěma šroubovými zuby, v částečném řezu, ve společné skříni - statoru v řezu (motor) obr. 8e grafického znázornění průběhu změny tlaku (P) a objemu (V) v mezizávitovém prostoru dle obr. 8d, kde část X je kompresní, část Y je vstřikovací a zážehová a část Z je expanzní obr. 9a vyobrazení řezu zařízením s trojicí rotorů, z nichž střední má plášť hřídele po částech konvexní a konkávní a oba krajní rotory mají válcové pláště hřídelů, ve společné skříni statoru (motor) obr. 9b vyobrazení trojice rotorů v řezu A-A dle obr. 9a, ve společné skříni - statoru obr. 10a vyobrazení rotačních obálek rotorů se šroubovými zuby navinutými na konvexních pláštích hřídelů s mimoběžnými osami, bez statoru obr. 10b vyobrazení rotačních obálek rotorů se šroubovými zuby navinutými na konvexních pláštích hřídelů s mimoběžnými osami, bez statoru, v rovině kolmé na rovinu vyobrazení dle obr. 10a a současně rovnoběžné s osami hřídelů obr. 11a vyobrazení příkladné kombinace čtyř rotorů uložených vedle sebe ve společné skříni statoru, v řezu obr. 11b vyobrazení příkladné kombinace pěti rotorů uložených hvězdicově ve společné skříni statoru, v řezu obr. 11c vyobrazení příkladné kombinace pěti rotorů uložených hvězdicově ve společné skříni statoru, s centrálním rotorem, v řezu obr. 1 ld vyobrazení příkladné kombinace tří rotorů uložených ve vzájemném záběru ve společné skříni - statoru, v řezu obr. Ile vyobrazení příkladné kombinace čtyř rotorů uložených ve vzájemném záběru ve společné skříni - statoru, v řezu obr. 12 vyobrazení řezu skříní - statorem se dvěma šroubovými rotory, každý se dvěma šroubovými zuby navinutými na konvexních pláštích hřídelů s různoběžnými osami (lodní pohon)

-4CZ 288117 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. laje zobrazeno konkrétní provedení zařízení podle vynálezu v řezu statorem 1 se třemi 5 šroubovými zuby, prvním statorovým zubem 111, druhým statorovým zubem 111 a třetím statorovým zubem 111 a částečném řezu prvním rotorem 2, se dvěma šroubovými zuby, prvním prvorotorovým zubem 211 a druhým prvorotorovým zubem 211. Na obr. lb je toto zařízení zobrazeno v řezu A-A podle obr. la. Ve statoru 1, který je v tomto provedení skříní zařízení, je uložen první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 1 s konkávním pláštěm, na němž jsou 10 navinuty dva šroubové zuby, první prvorotorový zub 211 a druhý prvorotorový zub 211.

vzájemně pootočené o 180°. Stator 1 má na svém vnitřním plášti navinuty tři šroubové statorové zuby 111, vzájemně pootočené o 120°. Osa statoru 1 i osa prvního rotoru 2 jsou vzájemně rovnoběžné a profily jejich šroubových zubů, statorových zubů 111 a prvorotorových zubů 211, mají shodný průběh stoupání a shodný smysl stoupání. Oba prvorotorové zuby 211 prvního 15 rotoru 2 zasahují postupně do mezizávitových prostorů statorových zubů 111 statoru 1, takže jsou vzájemně v záběru, podél dotykových křivek, přičemž postupně vždy jeden z prvorotorových zubů 211 je v mezizávitovém prostoru statorových zubů 111 statoru 1 a druhý z prvorotorových zubů 211 míjí protilehlý statorový zub 111 statoru 1. Prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 předělují mezizávitové prostory statorových zubů 111 statoru 1 a tím je 20 v podstatě uzavíraj í jako přepážky.

Dále pro účely jednoznačnosti popisu i patentových nároků definujeme základní používané pojmy:

Konkávní křivka je taková křivka, pro jejíž všechny body platí, že na každém úseku je křivka vyjádřitelná funkcí parametru, která udává vzdálenost bodu křivky od osy parametru a tato funkce má vždy v tomto bodě druhou derivaci k tomuto parametru zápornou nebo rovnu nule.

Konvexní křivka je taková křivka, pro jejíž všechny body platí, že na každém úseku je křivka 30 vyjádřitelná funkcí parametru, která udává vzdálenost bodu křivky od osy parametru a tato funkce má vždy v tomto bodě druhou derivaci k tomuto parametru kladnou nebo rovnu nule.

Dotyková křivka je množina bodů, v nichž dochází k maximálnímu přiblížení nebo ke vzájemnému dotyku povrchů šroubových zubů rotorů v interakci nebo povrchů šroubových zubů 35 rotorů v interakci s vnitřním pláštěm statoru.

Rotační obálka je mezní rotační plocha ohraničující prostor rotujícího tělesa tak, že všechny body tohoto tělesa jsou vždy jen na jedné straně této plochy a současně každý bod této plochy je bodem, kterým prochází rotační dráha nejméně jednoho bodu rotujícího tělesa.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. la, b funguje tak, že otáčením a současným odvalováním prvního rotoru 2 ve statoru 1 vstupuje vstupním otvorem médium do mezizávitových prostorů šroubových statorových zubů 111 statoru 1 i prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a je posouváno směrem k výstupnímu otvoru. Vzájemnou interakcí statoru 1 45 a prvního rotoru 2 dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů statoru 1 prvním rotorem 2 a naopak. V důsledku konkávního pláště prvorotorového hřídele 21 prvního rotoru 2 a konkávního vnitřního pláště statoru 1 se mezizávitový prostor šroubových statorových zubů 111 a prvorotorových zubů 211. v každém dalším závitu zmenšuje a médium se v mezizávitovém prostoru stlačuje. Zařízení je určeno pro kompresi média.

V alternativním případě, mohou mít šroubové prvorotorové zuby 211. prvního rotoru 2, opačný smysl stoupání než šroubové statorové zuby 111 statoru 1 a v důsledku toho bude první rotor 2 konat složený rotační pohyb. Funkce zařízení bude v podstatě stejná. Smysl stoupání a vzájemný záběr šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a statorových zubů 111 statoru 1 je

-5CZ 288117 B6 limitující pro možné tvary profilů šroubových prvorotorových zubů 211 a statorových zubů 111 a tím i pro výhodnost pro konkrétní použití zařízení v praxi.

V případě rovnoběžných os prvního rotoru 2 a statoru 1 je jejich vzájemná interakce podmíněna tím, že první rotor 2 s konkávním prvorotorovým hřídelem 21 je uložen ve statoru 1 s konkávním vnitřním pláštěm nebo první rotor 2 s konvexním prvorotorovým hřídelem 21 je uložen ve statoru 1 s konvexním vnitřním pláštěm. Při různoběžných osách prvního rotoru 2 a statoru 1 je jejich vzájemná interakce možná i při dalších kombinacích konvexnosti akonkávnosti prvního rotoru 2 a vnitřního pláště statoru 1.

Na obr. lc je zobrazeno další konkrétní zařízení, ekvivalentní konkrétnímu zařízení zobrazenému na obr. la, b. Stator 1 je v tomto případě opatřen na vnitřním plášti dvěma šroubovými statorovými zuby 111 a první rotor 2 je na prvorotorovém hřídeli 21 opatřen jedním šroubovým prvorotorovým zubem 211. Ve statoru J, který je v tomto provedení skříní zařízení, je uložen první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 21 s konkávním pláštěm, na němž je navinut jeden šroubový prvorotorový zub 211. Stator 1 má na svém vnitřním plášti navinuty první šroubový statorový zub 111 a druhý šroubový statorový zub 111. vzájemně na obvodu prvorotorového hřídele 21 pootočené o 180°. Stator 1 i první rotor 2 mají rovnoběžné osy a profily jejich šroubových statorových zubů 111 a prvorotorových zubů 211. mají shodný průběh stoupání a smysl stoupání. Šroubový prvorotorový zub 211 prvního rotoru 2 zasahuje postupně do mezizávitových prostorů šroubových statorových zubů 111 statoru 1 a je snimi vzájemně v záběru, v podstatě podél dotykových křivek. Šroubový prvorotorový zub 211 prvního rotoru 2 předěluje mezizávitové prostory šroubových statorových zubů 111 statoru 1 a tím je v podstatě uzavírá jako přepážka. Na obr. ld je toto zařízení zobrazeno v řezu A-A podle obr. lc.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. lc, d funguje tak, že otáčením a současným odvalováním prvního rotoru 2 ve statoru 1 vstupuje vstupním otvorem médium do mezizávitových prostorů šroubových statorových zubů 111. statoru 1 i prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a je posouváno směrem k výstupnímu otvoru. Vzájemnou interakcí statoru 1 a prvního rotoru 2 dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů statoru 1 prvním rotorem 2 a naopak. V důsledku konkávního tvaru pláště prvorotorového hřídele 21 prvního rotoru 2 a konkávního tvaru vnitřního pláště statoru 1 se mezizávitový prostor šroubových prvorotorových zubů 211 a statorových zubů 111 v každém dalším závitu zmenšuje a médium se v mezizávitovém prostoru stlačuje. Zařízení je určeno pro kompresi média.

Obě varianty zobrazené na obr. la, b, c, d mohou při opačném smyslu otáčení prvního rotoru 2 ve statoru 1 fungovat opačně. Médium se v těchto případech v mezizávitovém prostoru rozpíná a zařízení využívají expanzi média.

Na obr. 2a, b, c jsou v axonometrických pohledech schematicky znázorněny, jednak na obr. 2a částečný řez statorem 1, který je skříní zařízení, určeným pro dva rovnoběžně uložené rotory první rotor 2 a druhý rotor 3, jednak na obr. 2b vnitřní plášť statoru 1 zařízení, který je tvarově shodný se společnou obálkou rotačních obálek prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3, s nimiž je vnitřní plášť statoru 1 v interakci a jednak na obr. 2c samostatný první rotor 2.

Další příkladné provedení technického řešení podle vynálezu je znázorněno na obr. 3. V částečném řezu je zobrazeno konkrétní provedení, kde ve statoru 1, který je také v tomto provedení skříní zařízení, jsou uloženy jednak první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 21 s kombinovaným konkávním a konvexním pláštěm, na němž jsou navinuty šroubové zuby, první prvorotorový zub 211 a druhý prvorotorový zub 211. vzájemně pootočené o 180° a jednak druhý rotor 3 sestávající z druhorotorového hřídele 1 s kombinovaným konkávním a konvexním pláštěm, na němž jsou navinuty šroubové zuby, první druhorotorový zub 311 a druhý druhorotorový zub 311, vzájemně pootočené o 180°. Oba rotory mají rovnoběžné osy, shodné profily šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 a shodné průběhy

-6CZ 288117 B6 stoupání, avšak šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 mají opačný smysl stoupání než šroubové druhorotorové zuby 311. druhého rotoru 3. Oba prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 zasahují do mezizávitových prostorů obou druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3, takže jsou první rotor 2 a druhý rotor 3 vzájemně v záběru, tedy v interakci, v podstatě podél 5 dotykových křivek. Rotační dráhy prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 se vzájemně překrývají. Prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 předělují protilehlé mezizávitové prostory druhorotorových zubů 311 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky a současně také druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 předělují protilehlé mezizávitové prostory prvorotorových zubů 211 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru ίο 1 je vymezen obálkou systému kružnic, jednak souosých sosou rotace prvního rotoru 2 a zároveň opsaných sumě profilů všech řezů prvorotorovými zuby 211 prvního rotoru 2 a jednak souosých s osou rotace druhého rotoru 3 a zároveň opsaných sumě profilů všech řezů druhorotorovými zuby 311 druhého rotoru 3. V důsledku vzájemné interakce prvního rotoru 2, druhého rotoru 3 a statoru 1, se vytvářejí mezizávitové prostory mezi prvorotorovými zuby 211, 15 druhorotorovými zuby 311 a statorem J.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. 3 funguje tak, že protisměrným otáčením prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 ve statoru 1 vstupuje vstupním otvorem médium do mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 a je posouváno směrem k výstupnímu otvoru. 20 Vzájemnou interakcí, prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 druhým rotorem 3 a naopak. V důsledku kombinace konkávního a konvexního pláště prvorotorového hřídele 21 prvního rotoru 2 a druhorotorového hřídele 31, druhého rotoru 3, se mezizávitové prostory prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 v každém dalším závitu nejdříve zmenšují a médium se tím 25 v mezizávitových prostorech stlačuje a následně se mezizávitové prostory zvětšují a tím se v nich médium rozpíná.

V alternativním případě, mohou mít prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 stejný smysl stoupání jako druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 a v důsledku toho musí být smysl otáčení 30 obou rotorů stejný. Funkce zařízení bude i v tom případě v podstatě stejná. Smysl stoupání a vzájemný záběr, tedy interakce, prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 je limitující pro možné tvary jejich profilů a tím i pro volbu výhodného užití konkrétního zařízení v praxi.

Další příkladné konkrétní provedení technického řešení podle vynálezu je schematicky znázorněno v řezu na obr. 4a. Na obr. 4b v řezu A-A podle obr. 4a. Ve statoru 1, který je skříní zařízení, jsou suvně uloženy první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 21 s konvexním tvarem pláště, na němž jsou navinuty první šroubový prvorotorový zub 211 a druhý šroubový prvorotorový zub 211. vzájemně pootočené o 180° a druhý rotor 3 sestávající z druhorotorového 40 hřídele 31 s konvexním tvarem pláště, na němž jsou navinuty první šroubový druhorotorový zub 311 a druhý šroubový druhorotorový zub 311, vzájemně pootočené o 180°. První rotor 2 a druhý rotor 3 mají vzájemně rovnoběžné osy, shodné profily všech šroubových prvorotorových zubů 211 i druhorotorových zubů 311, zmenšující se úhel jejich stoupání, avšak šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 mají opačný smysl stoupání než šroubové druhorotorové 45 zuby 311 druhého rotoru 3. Oba šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 zasahují do mezizávitových prostorů obou šroubových druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3, takže jsou první rotor 2 a druhý rotor 3 vzájemně v interakci, tedy v záběru, k němuž dochází v podstatě podél dotykových křivek. Rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 se vzájemně překrývají, což je znázorněno na obr. 4b v kolmém řezu A-A. Šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových druhorotorových zubů 311 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky a současně také šroubové druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru 1 je vymezen rotační obálkou prvního rotoru 2 a zároveň rotační obálkou druhého rotoru 3. V tomto konkrétním provedení je vstupní otvor zařízení na straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 maximální a výstupní otvor zařízení je na opačné straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru s druhým rotorem 3 minimální. Na obr. 4b je v řezu A-A znázorněna vzájemná interakce, tedy záběr prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 s možnými profily šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311, v rovině řezu kolmé na osy rotace rotorů.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. 4a, b funguje tak, že protisměrným otáčením prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 ve statoru 1 vstupuje médium vstupním otvorem do mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 a mezizávitových prostorů druhého rotoru 3 a je posouváno směrem k výstupnímu otvoru. Vzájemnou interakcí prvního rotoru 2 a druhého rotoru dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 druhým rotorem 3 a naopak. V důsledku konvexního tvaru prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 se mezizávitový prostor prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 v každém dalším závitu zmenšuje a médium se tím v mezizávitovém prostoru stlačuje.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. 4c je uspořádáno stejně jako provedení na obr. 4a, b, pouze směry otáčení prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 jsou opačné. Vstup média je na straně zařízení, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 minimální a výstupní otvor zařízení je na opačné straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 maximální. Důsledkem konvexního tvaru pláště prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 se mezizávitové prostoty prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 v každém dalším závitu zvětšují a médium se v mezizávitových prostorech rozpíná. Tím je dána expanzní funkce tohoto příkladného provedení zařízení. Na obr. 4d je zařízení v řezu A-A podle obr. 4c.

Další příkladné konkrétní provedení technického řešení podle vynálezu je schematicky znázorněno v řezu na obr. 5a. Na obr. 5b v řezu A-A podle obr. 5a. Ve statoru 1, kteiý je skříní zařízení, jsou suvně uloženy první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 21 s konkávním tvarem pláště, na němž jsou navinuty první šroubový prvorotorový zub 211 a druhý šroubový prvorotorový zub 211, vzájemně pootočené o 180° a druhý rotor 3 sestávající z druhorotorového hřídele 31 s konkávním tvarem pláště, na němž jsou navinuty první šroubový druhorotorový zub 311 a druhý šroubový druhorotorový zub 311. vzájemně pootočené o 180°. První rotor 2 a druhý rotor 3 mají vzájemně rovnoběžné osy, shodné profily všech šroubových prvorotorových zubů 211 i druhorotorových zubů 311. zmenšující se úhel jejich stoupání, avšak šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 mají opačný smysl stoupání než šroubové druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3. Oba šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 zasahují do mezizávitových prostorů obou šroubových druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3, takže jsou první rotor 2 a druhý rotor 3 vzájemně v interakci, tedy v záběru, k němuž dochází v podstatě podél dotykových křivek. Rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 se vzájemně překrývají, což je znázorněno na obr. 5b v kolmém řezu A-A. Šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových druhorotorových zubů 311 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky a současně také šroubové druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru 1 je vymezen rotační obálkou prvního rotoru 2 a zároveň rotační obálkou druhého rotoru 3. V tomto konkrétním provedení je vstupní otvor zařízení na straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 maximální a výstupní otvor zařízení je na opačné straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 minimální. Na obr. 5b v řezu A-A je znázorněna vzájemná interakce, tedy záběr prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 s možnými profily šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311. v rovině řezu kolmé na osy rotace rotorů. Z hlediska funkce má provedení zobrazené na obr. 5a, b strmější pracovní charakteristiku komprese média než u provedení na obr. 4a, b.

-8CZ 288117 B6

Další příkladné konkrétní provedení technického řešení podle vynálezu, je schematicky znázorněno v řezech na obr. 5c, d a je ekvivalentní konkrétnímu řešení zobrazenému na obr. 5a, b. Odlišuje se tím, že plášť prvorotorového hřídele 21 je konvexní a plášť druhorotorového hřídele 31 je konkávní. Tomu odpovídají poněkud jiné tvary prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 ajejich rotačních obálek, určujících vnitřní prostor statoru L Ostatní parametry, uspořádání a vzájemné interakce příkladného zařízení zobrazeného na obr. 5c, d odpovídají provedení na obr. 5a, b. Funkce je obdobná jako u předchozích příkladných provedení na obr. 4a, b i 5a, b. Rozdíl spočívá vtom, že zařízení podle tohoto provedení, které ve statoru 1 kombinuje prvorotorový hřídel 21 skonkávním pláštěm s druhorotorovým hřídelem 31 s konvexním pláštěm, má nestejné mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3, což je dáno rozdílnými rotačními obálkami rotorů. V důsledku toho má průběh změny mezizávitového prostoru strmější charakteristiku než u zařízení s prvorotorovým hřídelem 21 a druhorotorovým hřídelem 31 s konvexními plášti, vyobrazeném na obr. 4a, b, avšak méně strmou charakteristiku než zařízení s prvorotorovým hřídelem 21 a druhorotorovým hřídelem 31 s konkávními plášti, vyobrazeném na obr. 5a, b. To platí za předpokladu v podstatě shodných profilů, stoupání a počtů šroubových zubů.

Další příkladné konkrétní provedení technického řešení podle vynálezu, schematicky znázorněné v řezech na obr. 5e, f je ekvivalentní řešení zobrazenému na obr. 5a, b. Odlišuje se tím, že prvorotorový hřídel 21 a druhorotorový hřídel 31 mají pláště z části konvexní a z části konkávní, avšak vzájemně shodné. Tomu odpovídají opět poněkud jiné tvary prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 i jejich rotačních obálek, určujících vnitřní prostor statoru L Ostatní parametry, uspořádání a vzájemné interakce příkladného zařízení na obr. 5e, f odpovídají provedení na obr. 5a, b. Toto konkrétní provedení spojuje výhody řešení podle obr. 4a, b s výhodami řešení dle obr. 5a, b a umožňuje příznivější pracovní charakteristiku komprese média. Ve vstupní části zařízení je v mezizávitových prostorech přesouván velký konstantní objem média, což je dáno vysokým profilem šroubových zubů prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3. Ve střední části zařízení je médium postupně stlačováno a v části výstupní pak větší počet závitů s nízkým profilem šroubových zubů lépe uzavírá výstupní otvor zařízení a brání zpětnému proudění média v zařízení.

Důsledkem změn konvexností nebo konkávností plášťů prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 a/nebo změn stoupání šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311. navinutých na pláštích prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31. je zmenšování a/nebo zvětšování objemu mezizávitového prostoru prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3. To platí pro každou část prvního rotoru 2 a druhého rotoru

3.

V dalším konkrétním provedení technického řešení podle vynálezu, zobrazeném na obr. 6a, b mají šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 stejný smysl stoupání jako šroubové druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 a v důsledku toho je smysl otáčení obou rotorů stejný. Smysl stoupání a vzájemný záběr šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3, je limitující pro možné tvary profilů šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311, zobrazených na obr. 6b v řezu A-A podle obr. 6a a tím i pro konkrétní použití a funkci zařízení v praxi. Funkce zařízení je v podstatě stejná jako u zařízení na obr. 4a, b s tím, že odlišné profily šroubových rotorových zubů umožňují odlišný průběh pracovní charakteristiky zařízení a využití v praxi. Při opačném smyslu otáčení obou rotorů, prvního rotoru 2 i druhého rotoru 3, bude zařízení fungovat jako expandér.

Dalším konkrétním řešením je zařízení zobrazené na obr. 6c, d s prvním rotorem 2, na jehož prvorotorovém hřídeli 21 je navinut jeden šroubový prvorotorový zub 211 a druhým rotorem 3, na jehož druhorotorovém hřídeli 31 je navinut také jeden šroubový druhorotorový zub 311, což umožňuje volbu širšího spektra profilů šroubového prvorotorového zubu 211 a druhorotorového

-9CZ 288117 B6 zubu 311 a další řadu alternativ průběhu stlačování média v mezizávitových prostorech. Podle smyslu otáčení rotorů má zařízení funkci kompresoru nebo expandéru.

Alternativním možným řešením je zařízení s prvním rotorem 2 s jedním šroubovým prvorotorovým zubem 211 navinutým na prvorotorovém hřídeli 21 a druhým rotorem 3 s více šroubovými druhorotorovými zuby 311 navinutými na druhorotorovém hřídeli 3L Tím je vymezeno spektrum profilů šroubových rotorových zubů a funkce zařízení je podmíněna nestejnými otáčkami prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3, což může být pro určité další průběhy stlačování média výhodné. První rotor 2 s jedním šroubovým prvorotorovým zubem 211 navinutým na prvorotorovém hřídeli 21 může např. plnit funkci přepážky, tedy šroubového šoupátka a druhý rotor 3 svíce šroubovými druhorotorovými zuby 311. navinutými na druhorotorovém hřídeli 31. pak plní funkci pracovní, nebo naopak.

Všechna výše uvedená konkrétní řešení i alternativy mohou být modifikovány tím, že rotační obálky rotorů mají rozdílné průměry. To může být výhodné pro dosažení odlišného režimu provozu zařízení podle vynálezu.

Každé z uvedených příkladných provedení může fungovat také opačně, tedy s obráceným směrem otáčení rotorů. V případech posouvání mezizávitového prostoru od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru, při nichž dochází k jeho zvětšování, jak je zobrazeno např. na obr. 4c, d se jedná o zařízení s funkcí expandéru, které lze využít k převodu tlakové síly média na rotační pohyb rotorů. Další využití je výhodné pro zařízení využívající snižování tlaku na médium v průběhu čerpání, např. pro média, která se nesmějí čerpat pod tlakem.

Další konkrétní příkladné provedení, vyobrazené na obr. 7a, b je znázorněno v řezu statorem 1 zařízení se třemi uloženými rotory, prvním rotorem 2, druhým rotorem 3 a třetím rotorem 4 ve vzájemné interakci. První rotor 2 má navinuty na konvexním plášti prvorotorového hřídele 21 dva šroubové prvorotorové zuby 211, vzájemně pootočené o 180°. Druhý rotor 3 má na válcovém plášti druhorotorového hřídele 31 navinuty dva šroubové druhorotorové zuby 311. vzájemně pootočené o 180°. Třetí rotor 4 má dva šroubové třetirotorové zuby 411 navinuty na válcovém plášti třetirotorového hřídele 41. vzájemně pootočené o 180°. Rotační osy všech rotorů, prvního rotoru 2, druhého rotoru 3 i třetího rotoru 4, jsou vzájemně rovnoběžné a leží ve společné rovině. První rotor 2 je uložen mezi druhým rotorem 3 a třetím rotorem 4 a má šroubové prvorotorové zuby 211 navinuty v opačném smyslu stoupání než druhý rotor 3 a třetí rotor 4 a profily jeho prvorotorových zubů 211 jsou řídící jednak pro profily šroubových druhorotorových zubů 311 i třetirotorových zubů 411. jednak pro tvar vnitřního pláště statoru 1. Druhý rotor 3 a třetí rotor 4 jsou shodné. Mají shodné profily všech šroubových druhorotorových zubů 311 a třetirotorových zubů 411. mají stejný smysl stoupání i stejný úhel stoupání těchto zubů, avšak zmenšující se úhel stoupání od vstupní strany k výstupní straně zařízení. Vstupní strana zařízení je ta, kde je průměr konvexního pláště prvorotorového hřídele 21 nejmenší a výstupní strana je ta, kde je průměr konvexního pláště prvorotorového hřídele 21 největší. Šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 zasahují do mezizávitových prostorů obou rotorů, tedy mezi druhorotorové zuby 311 druhého rotoru 3 i třetirotorové zuby 411 třetího rotoru 4 a jsou s nimi vzájemně v záběru, tedy v interakci, v podstatě podél dotykových křivek. Rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 i druhorotorových zubů 311 druhého rotoru 3 se vzájemně překrývají, stejně tak rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 i třetirotorových zubů 411 třetího rotoru 4, což je znázorněno na obr. 7b v kolmém řezu A-A, podle obr. 7a. Šroubové prvorotorové zuby 211 prvního rotoru 2 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových druhorotorových zubů 311 a třetirotorových zubů 411 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky. Současně také šroubové druhorotorové zuby 311 a třetirotorové zuby 411 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 prvního rotoru 2 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru 1 je vymezen rotačními obálkami rotorů, prvního rotoru 2, druhého rotoru 3 a třetího rotoru 4. Na obr. 7b je v řezu A-A podle obr. 7a znázorněna vzájemná

-10CZ 288117 B6 interakce prvního rotoru 2, druhého rotoru 3 a třetího rotoru 4 s možnými profily šroubových prvorotorových zubů 211. druhorotorových zubů 311 a třetirotorových zubů 411. v rovině řezu kolmé na osy rotace těchto rotorů.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. 7a, b funguje tak, že otáčením prvního rotoru 2 ve statoru 1 dochází k protiběžnému otáčení druhého rotoru 3 a současně třetího rotoru 4, vůči prvnímu rotoru 2. Na vstupním straně vstupuje médium do mezizávitových prostorů šroubových prvorotorových zubů 211. druhorotorových zubů 311a třetirotorových zubů 411 a je posouváno směrem k výstupní straně zařízení. Díky vzájemné interakci všech rotorů dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 druhým rotorem 3 a naopak a také mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 třetím rotorem 4 a naopak. V důsledku konvexního tvaru hřídele prvního rotoru 2 se mezizávitové prostory v každém dalším závitu zmenšují a médium se v mezizávitových prostorech stlačuje. V tomto provedení je zařízení kompresorem. V alternativním případě obráceného směru otáčení rotorů, než je popsáno výše, bude zařízení fungovat jako expandér.

U všech výše uvedených konkrétních zařízení pro kompresi nebo expandérů lze alternativně do statoru 1 uložit rotory s různoběžnou polohou jejich rotačních os. To umožní strmější pracovní charakteristiku takových zařízení.

Další příkladné provedení konkrétního zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 8d v podélném částečném řezu. Na obr. 8a, v řezu A-A, na obr. 8b v řezu B-B a na obr. 8c v řezu C-C, podle obr. 8d. Na obr. 8e je toto příkladné provedení konkrétního zařízení podle vynálezu doplněno grafem průběhu objemu a tlaku média v mezizávitovém prostoru. Ve skříni zařízení, která je statorem 1, jsou suvně po kruhových drahách uloženy první rotor 2 a druhý rotor 3. První rotor 2, sestává z prvorotorového hřídele 21 jehož plášť je v části zařízení, označené na obr. 8d kótou X konvexní, v části označené kótou Y konkávní a v části označené kótou Z je plášť prvorotorového hřídele 21 opět konvexní. Na tomto plášti prvorotorového hřídele 21 jsou navinuty první šroubový prvorotorový zub 211 a druhý šroubový prvorotorový zub 2]1, vzájemně pootočené o 180°. Druhý rotor 3 sestává z druhorotorového hřídele 31 jehož plášť je v části X zařízení, označené na obr. 8d kótou konvexní, v části Y označené kótou konkávní a v části Z označené kótou je plášť druhorotorového hřídele 31 opět konvexní. Na tomto plášti jsou navinuty první šroubový druhorotorový zub 311 a druhý šroubový druhorotorový zub 311. vzájemně pootočené o 180°. Oba rotory, první rotor 2 i druhý rotor 3, mají rovnoběžné osy, v podstatě shodné profily všech šroubových prvorotorových zubů 211 i druhorotorových zubů 311. zmenšující se úhel stoupání v části X označené na obr. 8d kótou, v části Y označené na obr. 8d kótou konstantní úhel stoupání a v části Z označené na obr. 8d kótou zvětšující se úhel stoupání. Průměr rotační obálky prvního rotoru 2 i druhého rotoru 3 se v části X od vstupního otvoru, směrem k části Y zmenšuje, v části Y. je v podstatě minimální a v Části Z se směrem k výstupnímu otvoru zvětšuje až do maximálního průměru. Šroubové prvorotorové zuby 211 mají opačný smysl stoupání než šroubové druhorotorové zuby 311. Oba šroubové prvorotorové zuby 211 zasahují do mezizávitových prostorů obou šroubových druhorotorových zubů 311. takže jsou první rotor 2 se druhým rotorem 3 vzájemně v záběru, v podstatě podél dotykových křivek. Rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311. se vzájemně překrývají. Šroubové prvorotorové zuby 211 předělují protilehlé mezizávitové prostoiy šroubových druhorotorových zubů 311 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky. Současně také šroubové druhorotorové zuby 311 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru 1 je vymezen rotační obálkou prvního rotoru 2 a zároveň rotační obálkou druhého rotoru 3. V tomto konkrétním provedení je zařízení spalovacím motorem. Vstup média je vstupním otvorem do části X zařízení, označené na obr. 8d kótou, která je kompresním prostorem motoru. Část Y zařízení, označená na obr. 8d kótou, je vstřikovacím a zážehovým prostorem motoru a část Z zařízení, označená na obr. 8d kótou, je expanzním prostorem motoru a je ukončena výstupním otvorem.

-11 CZ 288117 B6

Spalovací motor podle příkladného provedení na obr. 8a, b, c, d funguje tak, že protisměrným otáčením prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 ve statoru 1 je vstupním otvorem, zobrazeným schematicky na obr. 8a, v řezu A-A, nasáván a posouván vzduch do mezizávitových prostorů šroubových prvorotorových zubů 211 a mezizávitových prostorů šroubových druhorotorových zubů 211. Vzájemnou interakcí prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 dochází k vzájemnému přepažení jejich mezizávitových prostorů. V části X motoru, označené na obr. 8d kótou, je v důsledku konvexních plášťů prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 a odpovídajícího tvaru vnitřního pláště statoru 1, vzduch stlačován. V části Y motoru označené na obr. 8d kótou, je do stlačeného vzduchu přiváděno palivo a dochází k jeho zážehu. V části Z motoru, označené na obr. 8d kótou, hořící palivo expanduje a jeho tlaková energie působí v mezizávitových prostorech prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3, které se v důsledku konvexních plášťů prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 a odpovídajícího vnitřního tvaru statoru 1, v části Z motoru, označené na obr. 8d kótou, směrem k výstupnímu otvoru postupně zvětšují. Tlakem v mezizávitových prostorech vznikají síly působící na plochy šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311. jejichž výsledkem jsou kroutící momenty působící na rotorech. Výstupní otvor je výfukovým otvorem motoru.

Na obr. 8e je křivkou grafu označenou písmenem V znázorněn průběh změn objemu a křivkou P grafu je znázorněn průběh změn tlaku v částech X. Y. Z motoru.

V alternativním případě spalovacího motoru, mohou mít šroubové prvorotorové zuby 211 stejný smysl stoupání jako šroubové druhorotorové zuby 311 a v důsledku toho musí být smysl otáčení obou rotorů stejný. Funkce takového spalovacího motoru je v podstatě stejná. Smysl stoupání a vzájemný záběr šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 je limitující pro možné tvary profilů těchto šroubových zubů a tím i pro výhodnost pro konkrétní použití spalovacího motoru v praxi.

V dalších alternativních případech spalovacích motorů mohou být v jejich částech X. Y, Z. zaměněny tvaiy částí plášťů prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 konkávní za konvexní a naopak, případně mohou být pláště těchto hřídelů zčásti válcové nebo kuželové.

Další příkladné provedení konkrétního zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 9a v podélném částečném řezu a na obr. 9b v řezu A-A podle obr. 9a. Ve statoru 1 zařízení jsou ve společné rovině rovnoběžně uloženy tři rotory, první rotor 2, druhý rotor 3 a třetí rotor 4 ve vzájemné interakci. Uspořádání rotorů odpovídá v podstatě zařízení znázorněnému na obr. 7a, b. Část M zařízení označená na obr. 9a kótou M odpovídá také konstrukčnímu uspořádání zařízení znázorněnému na obr. 7a v provedení kompresor. Část N zařízení, označená na obr. 9a kótou, na část M bezprostředně navazující, odpovídá zařízení znázorněnému na obr. 7a, avšak v alternativě expandér.

Funkce zařízení je obdobná jako u konkrétního příkladného provedení znázorněného na obr. 8a, b, c, d. Zařízení je tedy také spalovacím motorem. V místě přechodu zařízení z části M do části N, které jsou vyznačeny na obr. 9a kótami, je vstřik a zážeh paliva.

Další příkladné konkrétní provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 10a, b, kde jsou ve dvou pohledech vyobrazeny pouze rotory. První rotor 2 a druhý rotor 3, pro přehlednost a srozumitelnost vyobrazení bez znázornění statoru 1. Zobrazeny jsou také jen rotační obálky šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311. Jedná se o zařízení ekvivalentní zařízení zobrazenému na obr. 8a, b, c, d, tedy spalovací motor. S tím rozdílem, že osy prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 jsou mimoběžné. Toto konkrétní provedení bude výhodné pro dosažení velmi strmé pracovní charakteristiky motoru. V dalších alternativních případech mimoběžných uspořádání os rotorů mohou být takto provedena také

-12CZ 288117 B6 zařízení s funkcí kompresoru a/nebo expandéru, opět s výhodou velmi strmé pracovní charakteristiky.

Na obr. 11a, b, c, d, e jsou schematicky znázorněny některé příklady vzájemných uspořádání prvních rotorů 2 a druhých rotorů 3 a statorů 1, zařízení uvedených výše, v řezech kolmých na rotační osy rotorů. Kombinací může být ještě celá řada a budou zvoleny podle konkrétních požadavků na funkci zařízení. Na obr. 11a je varianta uspořádání prvních rotorů 2 a druhých rotorů 3 vedle sebe. Na obr. 11b, c jsou varianty hvězdicového uspořádání prvních rotorů 2 a druhých rotorů 3 ve statorech L Na obr. 1 ld je varianta alternativního uspořádání tří prvních rotorů 2 ve statoru 1, kde jsou všechny tři první rotory 2 navzájem v záběru a musí mít proto shodný smysl otáčení. Na obr. Ile je varianta alternativního uspořádání prvních rotorů 2 a druhých rotorů 3, ve statoru 1, ve vzájemném záběru rotorů po dvojicích.

Poslední příkladné konkrétní provedení technického řešení podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 12 v částečném řezu statorem L Ve skříni zařízení, která je statorem 1, jsou suvně po kruhových drahách uloženy první rotor 2, sestávající z prvorotorového hřídele 21 s konvexním pláštěm, na němž jsou navinuty první šroubový prvorotorový zub 211 a druhý prvorotorový šroubový zub 211, vzájemně pootočené o 180° a druhý rotor 3 sestávající z druhorotorového hřídele 31 s konvexním pláštěm, na němž jsou navinuty první šroubový druhorotorový zub 311 a druhý šroubový druhorotorový zub 311. vzájemně pootočené o 180°. Oba rotory, tedy první rotor 2 a druhý rotor 3, mají různoběžně osy, navzájem shodné profily všech šroubových prvorotorových zubů 211 i druhorotorových zubů 311. zvětšující se úhel stoupání od vstupní strany ke straně výstupní. Přitom objem všech mezizávitových prostorů je konstantní. Šroubové prvorotorové zuby 211. mají opačný smysl stoupání než šroubové druhorotorové zuby 311. Oba šroubové prvorotorové zuby 211 zasahují do mezizávitových prostorů obou šroubových druhorotorových zubů 311, takže jsou rotory vzájemně v záběru, tedy v interakci, v podstatě podél dotykových křivek. Rotační dráhy šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 se vzájemně překrývají. Šroubové prvorotorové zuby 211 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových druhorotorových zubů 311 a tím je v podstatě uzavírají jako přepážky. Současně také šroubové druhorotorové zuby 311 předělují protilehlé mezizávitové prostory šroubových prvorotorových zubů 211 a tím je také v podstatě uzavírají jako přepážky. Vnitřní prostor statoru 1 je vymezen rotační obálkou prvního rotoru 2 a zároveň rotační obálkou druhého rotoru 3. V tomto konkrétním provedení je vstupní otvor zařízení na straně, kde je vzájemné překrytí prvního rotoru 2 s druhým rotorem 3 maximální a vzdálenost jejích rotačních os je největší. Výstupní otvor zařízení je na opačné straně, kde je vzájemné překiytí těchto rotorů minimální a vzdálenost jejích rotačních os je nejmenší.

Zařízení podle příkladného provedení na obr. 12 funguje tak, že protisměrným otáčením prvního rotoru 2 a druhého rotoru 3 ve statoru 1, vstupuje médium vstupním otvorem do mezizávitových prostorů šroubových prvorotorových zubů 211 a mezizávitových prostorů šroubových druhorotorových zubů 311 a je posouváno směrem k výstupnímu otvoru. Vzájemnou interakcí těchto rotorů dochází k vzájemnému přepažení mezizávitových prostorů prvního rotoru 2 druhým rotorem 3 a naopak. V důsledku konvexního tvaru plášťů prvorotorového hřídele 21 a druhorotorového hřídele 31 a současného zvětšujícího se úhlu stoupání šroubových prvorotorových zubů 211 a druhorotorových zubů 311 se tvary mezizávitových prostorů mění, avšak objem mezizávitových prostorů je konstantní. Médium se v mezizávitových prostorech směrem od vstupní strany k výstupní straně zařízení urychluje. Toto konkrétní provedení bude výhodné zejména jako lodní pohon.

U všech uvedených konkrétních provedení, vyjma zařízení s jediným šroubovým zubem, nebo s jediným rotorem, je možno alternativně šroubové zuby navinout na pláště hřídelů se vzájemným nepravidelným pootočením. Tomu budou odpovídat změněné profily šroubových zubů, navržené známými metodami, pro zajištění vzájemné interakce mezi rotory navzájem i mezi rotory a jejich statorem.

- 13CZ 288117 B6

Stejně tak lze alternativně navinout na pláště hřídelů větší počet šroubových zubů. Tomu budou odpovídat jiné profily těchto šroubových zubů, navržené známými metodami, pro zajištění vzájemné interakce mezi rotory navzájem i mezi rotory a jejich statorem. To může být velmi výhodné z hlediska uzavření média v mezizávitových prostorech a pevnosti materiálu šroubových zubů i účinnosti zařízení. Realizovat je možno také varianty s různým počtem šroubových zubů navinutých na jednotlivých částech pláště téhož hřídele.

Dalšími variantami všech výše uvedených zařízení mohou být provedení s rotory dělenými v rovině kolmé na osu jejich rotace, vzájemně propojené převody. Výhodou takových variant bude možnost změny pracovních charakteristik v rámci konkrétních zařízeních a plynulejší regulace jejich chodu.

Z výše uvedených příkladů konkrétních provedení i jejich alternativ a variant je zřejmé, že základním vynálezeckou myšlenkou a vynálezeckým krokem je vyřešení možnosti kombinovat současně změny všech parametrů šroubových zubů ve vzájemné interakci, konkávností a/nebo konvexností plášťů hřídelů rotorů a vnitřních plášťů statorů. Každý řez mezizávitového prostoru zařízení podle vynálezu může být fakticky jiný a v každém místě rotoru lze měnit současně všechny tři parametry, tj. průměr, smysl stoupání a úhel stoupání šroubových zubů.

Průmyslová využitelnost

Zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci se uplatní v mnoha průmyslových oborech a odvětvích. Zejména všude, kde se používají kompresoiy a turbokompresory, expandéry, vývěvy, spalovací motory, parní a plynové motoiy a turbíny, hydromotory, hydrogenerátory, čerpadla, směšovací zařízení a v neposlední řadě jako nový šroubový pohon plavidel.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení se šroubovými zuby ve vzájemné interakci, sestávající z nejméně jednoho rotoru a ze statoru, v němž je vymezen pracovní prostor nejméně dvěma šroubovými zuby, které jsou ve vzájemné interakci svými plášti a tyto šroubové zuby jsou navinuty na pláštích hřídelů a tvoří rotory nebojsou navinuty na plášti alespoň jednoho hřídele a tvoří rotor a také na vnitřním plášti statoru, přičemž tyto šroubové zuby mají shodný nebo protisměrný smysl stoupání a konstantní nebo proměnný úhel stoupání a plášť šroubového zubu je determinován sumou profilů všech řezů šroubovým zubem vedených rotačními plochami protínajícími osu rotace a zároveň souosými s touto osou rotace šroubového zubu, přičemž osy rotace šroubových zubů ve vzájemné interakci jsou rovnoběžné nebo různoběžné nebo mimoběžné, vyznačující se tím, že alespoň část rotačního pláště prvorotorového hřídele (21) nejméně jednoho prvního rotoru (2) je tvořena rotací křivky, kolem osy prvorotorového hřídele (21), přičemž k rotační ose prvorotorového hřídele (21) je tato křivka konkávní nebo konvexní a alespoň část vnitřního pláště statoru (1) je vzhledem k rotační ose jeho vnitřního prostoru konkávní nebo konvexní a je dána tvarem rotační obálky prvního rotoru (2), přičemž všechny profily řezů šroubovými prvorotorovými zuby (211) odpovídají konkávnímu a/nebo konvexnímu tvaru vnitřního pláště statoru (1) a pláště prvorotorového hřídele (21) nejméně jednoho prvního rotoru (2).

- 14CZ 288117 B6

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně dva rotory, první rotor (2) a druhý rotor (3) jsou svými rotačními obálkami ve vzájemné interakci s vnitřním pláštěm statoru (1) a každá dvojice rotorů, prvního rotoru (2) a druhého rotoru (3), je ve vzájemné 5 interakci šroubovými plochami svých šroubových prvorotorových zubů (211) a druhorotorových zubů (311) a tato vzájemná interakce je podél dotykových křivek, tvořených body nejmenší vzájemné vzdálenosti každého profilu šroubových prvorotorových zubů (211) prvního rotoru (2) a druhorotorových zubů (311) druhého rotoru (3).