Vynález se týká dvojice dopravních šroubů pro osově rovnoběžný a vzájemně opačný vnější záběr s úhlem opásání nejméně 720°, vytvořených jako jednochodé šrouby s obrysy čelního profilu sestavenými z jádrového kruhového oblouku, prvního cykloidového dutého boku, oblouku vnější kružnice a druhého boku. Vynález se týká zejména geometrie profilů dvojice dopravních šroubů pro osově rovnoběžný mimostředný provoz v čerpadlech s řízenými pohony ovládajícími protiběžný pohyb šroubů. Geometrie profilu, úhel opásání, stoupání závitu, šířka mezery, regulace dopravy materiálu a počet otáček určují potom parametry čerpadla, jako jsou dopravovaná množství, účinnost, výstupní tlak, ztráty netěsnostmi, teplota, hluk a také výrobní náklady.
Dosavadní stav techniky
Geometrie profilu známého dopravního šroubuje vhodná pro konstrukci dvojice rychloběžných dopravních šroubů s nestejnými profily ve vícechodém provedení a s malým úhlem opásání pro čerpadla se středním výstupním tlakem. Konstrukčně nevyhnutelné netěsnosti mezi záběrovými čarami a vnitřní hranou skříně čerpadla, známé jako tzv. vyfukovací otvor, znemožňují dosažení vyššího koncového tlaku nebo dosažení dobré objemové účinnosti při malých a středních počtech otáček.
Ve spise GB-A-746 628 je popsáno objemové čerpadlo sjednochodými rotory, pracující s opačným smyslem otáčení. Každý rotor má konkávní stranu a konvexní stranu ve tvaru epicykloidy. Úhly opásání jsou větší než 360°. U tohoto provedení rotorů neexistuje žádný vyfukovací otvor a rotory proto pracují již při středním počtu otáček v mnoha případech použití dostatečně uspokoj ivě.
V případě vynálezu je však řešení zaměřeno na vyšší koncové tlaky při středním počtu otáček, přičemž pro taková čerpadla jsou vhodnější dvojice jednochodých šroubů s axiálním dělením pracovních komůrek a s úhlem opásání větším než 720°. Vytvořením vždy jednoho boku jednochodého profilu závitu ve tvaru prodloužené cykloidy se střídavě vytvářejí souměrné linie vzájemného záběru, probíhající od vnitřní hrany skříně čerpadla kjádrovým kružnicím podél vnějších obrysů šroubů. Záběrové linie dělí vnitřní prostor čerpadla na axiálně se posouvající pracovní komůrky s délkou rovnou dvojnásobku stoupání závitu při vzájemně se překiývajícím uspořádání.
U dalších známých provedení jsou šrouby vytvářeny s úhly opásání 1080°, 1440°, 1800° atd. a mají stejné čelní profily. Výstup na čelní straně je ovládán jedním ze šroubů a otvorem vytvořeným podél druhého profilového boku, majícího v tomto případě evolventní tvar.
Při zachování pracovního principu s axiálně se posouvajícími pracovními komůrkami s délkou odpovídající dvojnásobku stoupání by měla být geometrie profilů vytvořena a definována nově s ohledem na požadavky moderní sériové výroby, přičemž úkolem vynálezu je také zvýšení účinnosti, dynamiky a ovládání dopravy materiálu.
-1 CZ 289348 B6
Podstata vynálezu
Tento úkol splňuje dvojice dopravních šroubů pro osově rovnoběžný a vzájemně opačný vnější 5 záběr s úhlem opásání nejméně 720°, vytvořených jako jednochodé šrouby s obrysy čelního profilu sestavenými zjádrového kruhového oblouku, prvního cykloidového dutého boku, oblouku vnější kružnice a druhého boku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že na jádrový kruhový oblouk a dutý bok navazuje plynule v patním bodu druhý bok, který je plášťovým bokem, přičemž dutý bok a plášťový bok s jádrem tvoří plynulou plochu s možností společného 10 obrábění, a/nebo plášťový bok obsahuje nejméně jeden střední nestoupající úsek ve formě sedla, spojující takto vytvořené dílčí plášťové boky, to jest vnitřní bok a vnější bok.
Na rozdíl od známých řešení je tedy také druhý bok, nazývaný plášťovým bokem závitu, napojen plynule na jádrový kruhový oblouk a plášťový blok obsahuje alespoň jednu střední nestoupající 15 oblast ve formě sedla, spojujícího dílčí plášťový bok, vnitřní bok a vnější bok plynule a bez zlomových míst.
Podle výhodného provedení vynálezu je plášťový bok sestaven z dílčích křivek boku, přičemž sedlo má tvar kruhového oblouku.
Vnitřní bok je s výhodou vytvořen z excentrického kruhového oblouku ve formě kružnice boku a z prodloužené cykloidy tvořené kořenovou cykloidou, přičemž kořenová cykloida navazuje na jádrový kruhový oblouk a je plynule spojena kružnicí boku se sedlem, a vnější bok má pro vzájemný záběr s protilehlým Šroubem tvar vnitřní paralelní křivky zkrácené epicykloidy.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde 30 znázorňují obr. 1 boční pohled na sadu dvojice dopravních šroubů jednochodého provedení s ovládacím pohonem a s úhly opásání kolem 1600° a se střední sedlovou oblastí v plášťovém boku, zobrazený ve zmenšeném měřítku, obr. 2 zobrazení geometrie profilu a záběrových poměrů s protilehlým profilem sady dvojitých dopravních šroubů podle obr. 1, obr. 3 příčný řez dvojitými dopravními šrouby, vedený rovinou A-A z obr. 1, přičemž tyto 40 dopravní šrouby jsou osazeny ve skříni a řez je zobrazen ve stejném měřítku jako obr. 1, a obr. 4 osový řez částí dopravního šroubu.
Příklady provedení vynálezu
V příkladném provedení, zobrazeném na obr. 1 a 3, mají dopravní šrouby J, 2 úhel opásání kolem 1600° a stejné čelní profily se stejným plášťovým bokem, který je sestaven z více dílčích 50 křivek boku. První dílčí křivka tvoří sedlo 7 (obr. 1 a 2), které má tvar kruhového oblouku s poloměrem zakřivení rovným polovině osového odstupu a které odpovídá po sestavení sedlu protějšího šroubu. Další úsek křivky probíhá na vnitřním boku 8 (obr. 2) a je tvořen excentrickým kruhovým obloukem, navazujícím plynule na sedlo 7 a nazývaným v tomto popisu kružnicí 10 boku (obr. 2), a plynule navazující prodlouženou cykloidou, kterou je kořenová
-2CZ 289348 B6 cykloida 11 sloužící pro napojení na jádrový kruhový oblouk 4 (obr. 2 a 3). Střed kružnice 10 boku druhého protějšího šroubu se pohybuje vzhledem k popsanému profilu po zkrácené epicykloidě 12 (obr. 2), jejíž vnitřní paralelní křivka je v odstupu odpovídajícím poloměru f kružnice 10 od vnějšího boku 9 (obr. 2) popisovaného profilu.
Pro určení hodnot platí následující vztahy:
1. Určení odstupu os:
a = 100 d.j. (délkových jednotek).
2. Z toho přímo plyne poloměr sedlové kružnice: d = a/2 = 50d.j.
3. Stanovení poloměru jádrové kružnice: c = 23 d. j.
4. Z toho přímo plyne poloměr vnější kružnice 3 : b = a-c = 77 d.j.
5. Pomocí hodnot a a b se vypočte cykloida dutého boku 5 (obr. 2 a 3).
Některé číselné hodnoty jsou uvedeny v tabulce I, kde u, v jsou souřadnice pravoúhlého souřadnicového systému s počátkem v osovém středu.
6. Z a a b se přímo získává hodnota sestupového úhlu a, určující oblast vzájemného pronikání do sebe zabírajících dopravních šroubů 1, 2 (obr. 3) : a/2 = 49,51°.
7. Stanoví se sektorový úhel β vnější kružnice; pro zachování správné funkce musí být β > α/2.
Stanovená hodnota β = 76°.
Kvůli vzájemnému záběru stejného profiluje sektorový úhel jádrové kružnice roven rovněž úhlu β = 76°.
8. Stanoví se stoupání dopravních šroubů 1, 2 :1 = 100 d. j.
9. Hodnoty 1, a, b a požadavek na společné opracování boků 5, 6 a jádrového kruhového oblouku 4 obráběcím nástrojem vedou přes výpočet prováděný na axiálním řezu (obr. 4) k podmínkám pro poloměr kružnice boku závitu f > 22 d. j.
Stanoví se: f = 22 d. j., z čehož vyplývá excentricita e středu boční kružnice: e = d-f = 28 d. j·
10. Kořenová cykloida 11 se vytvoří na čelním vrcholu v místě styku vnější kružnice a vnějšího boku protilehlého profilu a je kvůli stejným hodnotám a, b shodná s jednou částí cykloidy dutého boku 5. Při plynulém napojení kružnice 10 boku a jádrového kruhového oblouku 4 kořenovou cykloidou 11 se získává sektorový úhel vnitřního boku: γ = 65,94°. V důsledku vzájemného záběru se stejným profilem sektorový úhel vnějšího boku je rovněž γ = 65,94°.
11. Sektorový úhel sedlaje přitom δ = 360° - 2β-2γ = 76,12°.
-3CZ 289348 B6
12. Hodnoty a, e, f vedou k vytvoření obrysu vnějšího boku 9 a jeden úsek vnitřní paralelní křivky vede ke zkrácené epicykloidě. Některé číselné hodnoty jsou uvedeny v tabulce II, přičemž hodnoty u, v odpovídají definicím z tabulky I.
Z určení profilu obrysu vyplývá:
13. Odstup těžišť g = 21,58 d.j.
14. Plocha rotoru = Z = 8295,4 (d.j.)2 a přitom g. z = 1,79.105 (d.j.)3.
15. Účinnost η = 49,51 %.
16. Z provozních otáček a geometrických údajů se získá dopravní výkon v(d. j.)3/časovou jednotku, z čehož se srovnáním s korigovanými požadovanými hodnotami výkonu získá hodnota pro 1 d. j. (délkovou jednotku). Při nekorigovaném požadovaném dopravním výkonu kolem 250 m3/hod. a počtu otáček 3000 1/ 60s vychází: 1 d. j. = 1 mm.
Rozměrové korektury, které se potom mohou na profilu provádět pro dosažení dokonale bezdotykového provozu jsou sice pro bezvadnou funkci a výrobu nezbytné a jsou spojeny s dalšími náklady, avšak při výběru profilu hrají jen podřadnou roli.
Srovnání se známými profily prokazují zlepšení objemové účinnosti o asi 6,5 %, zlepšení dynamiky (g.z se zmenšilo o 27,2 %) a zlepšila se také možnost společné výroby celé vnitřní plochy závitu, tvořená jádrovým kruhovým obloukem 4, dutým bokem 5 závitu, vnitřním bokem 8, sedlem 7 a vnějším bokem 9 závitu. Podíl plochy v oblasti kružnice boku závitu umožňuje lepší regulaci přívodu látky, přiváděné kanálem 13 (obr. 3) v čelní stěně skříně.
-4CZ 289348 B6
Tabulka I Tabulka 2
U (d.j.) |
v (d.j.) |
u(d.j.) |
v (d.j.) |
23 |
0 |
-39,37 |
-30,82 |
23,63 |
- 4,18 |
-33,98 |
-38,03 |
24,97 |
- 7,24 |
-31,69 |
-41,22 |
26,40 |
- 9,32 |
-29,85 |
-43,79 |
27,92 |
-10,97 |
-28,20 |
-46,05 |
28,71 |
-11,68 |
-26,24 |
-48,12 |
29,53 |
-12,34 |
-25,12 |
-50,05 |
31,21 |
-13,48 |
-23,62 |
-51,88 |
32,98 |
-14,44 |
-22,10 |
-53,63 |
34,81 |
-15.23 |
-20,55 |
-55,30 |
36,72 |
-15,86 |
-18,97 |
-56,92 |
38,69 |
-16,34 |
-17,33 |
-58,42 |
40,72 |
-16,67 |
-15,64 |
-59,99 |
42,80 |
-16.86 |
-14,78 |
-60,73 |
44,93 |
-16,90 |
-12,08 |
-62,85 |
47,10 |
-16,78 |
-10,20 |
-64,20 |
49,30 |
-16,52 |
- 8,24 |
-65,48 |
51,54 |
-16,11 |
- 6,20 |
-66,71 |
53,80 |
-15,55 |
- 4,09 |
-67,88 |
56,07 |
-14,83 |
- 1,90 |
-68,97 |
58,35 |
-13,96 |
+ 0,37 |
-70,00 |
60,64 |
-12,92 |
+ 1,54 |
-70,48 |
62,92 |
-11,73 |
+ 2,73 |
-70,95 |
65,18 |
-10,38 |
+ 5,17 |
-71,81 |
67,42 |
- 8,86 |
+ 7,69 |
-72,59 |
69,36 |
- 7,18 |
+10.30 |
-73,28 |
71,80 |
- 5,34 |
+12,90 |
-73,87 |
73,92 |
- 3,33 |
+15,77 |
-74,35 |
75,99 |
- 1,15 |
+17,19 |
-74,54 |
77 |
0 |
+18,63 |
-74,71 |
PATENTOVÉ NÁROKY