CZ296509B6

CZ296509B6 - Dvojice sroubových rotoru pro vestavbu do výtlacných stroju na stlacitelná média

Info

Publication number: CZ296509B6
Application number: CZ20010514A
Authority: CZ
Inventors: Becher@Ulrich
Original assignee: Ateliers Busch S. A.
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2006-03-15
Also published as: ES2221141T3; WO2000025004A1; PL347374A1; JP3955731B2; EP0995879B1; EP0995879A1; AR020939A1; PE20001430A1; US6447276B1; CA2347781C; CA2347781A1; CN1113151C; DE59811390D1; BG105371A; EE200100230A; PL202371B1; AU5846499A; BR9914716A; JP2002528668A; PA8484601A1

Abstract

Rotory (1, 2) jsou urcené pro vestavbu do výtlacných stroju na stlacitelná média. Rotory (1, 2) jsou provedené jako jednochodé s menícím se stoupáníma jsou urcené k osazení do osove rovnobezného, protibezného vnejsího záberu s úhly opásání minimálne 720.degree., aby vytvárely ve skríni axiální komorovou sekvenci bez spoju s hubicí, pricemz celní profil je tvoren kruhovým obloukem (3) jádra, cykloidne vydutým bokem (4) závitu, vnejsím kruhovým obloukem (5) a dalsím bokem (6) závitu. Stoupání neprobíhá monotónne a je definované jako promenná úhlu (.alfa.) opásání, pricemz stoupání v první dílcí cásti (T.sub.1.n.) ve smeru od sacího konce sroubu narustá a po priblizne jednom opásání dosáhne maximální hodnotu, pricemz stoupání v druhé dílcí cásti (T.sub.2.n.) navazující na první dílcí cást (T.sub.1.n.) klesá a priblizne jedno opásání pred tlakovou stranou konce sroubu dosáhne minimální hodnotu a stoupání ve tretí dílcí cásti (T.sub.3.n.) navazující na druhou dílcí cást (T.sub.2.n.) je v podstate konstantní. Obrysy celního profilu záviturotoru podél osy sroubu se mení, zmení-li se sektorový úhel (.gama.) kruhového oblouku (3) jádra a vnejsího kruhového oblouku (5) jádra a zmení-li segeometrie dalsího boku (6) jádra závitu, pricemz jsou kruhový polomer (Rb) jádra, vnejsí kruhový polomer (Ra) jádra a geometrie vydutého boku (4) jádra závitu konstantní a pricemz nejzazsí body (B.sub..alfa..n., B.sub.o.n.) vydutého boku (4) jádra závitu vytvárejí referencní spirálu (7) pro definici prubehu stoupání.

Description

Vynález se týká dvojice šroubových rotorů pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média, zejména pro čerpadla, kteréžto rotory jsou provedené jako jednochodé s měnícím se stoupáním.

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 nejen jako motor, nýbrž i jako čerpadlo. Aby se -při provozu jako moto-nárůst objemu pracovních komor ve směru expandujícího se média přídavně zvýšil, jsou rotory provedené volitelně kónicky.

V patentovém spisu DE 609405 je popsán chladicí 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 čisticích pracích.

Patentová přihláška EP 0697523 se týká šroubového výtlačného stroje, u kterého mají spolu zabírající rotory nestejné, jako „mužské“ a „ženské“ označení šroubové profily, takzvané profily

S.R.M., s plynulou změnou stoupání. Čelní profil je přitom obměňován tak, že úhel hlavy zuby 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. Vyfukovacím 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 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 zvýšení přírůstek netěsnosti pro zmenšení hloubky štěrbiny mezi vnějším průměrem šroubu a skříní směrem ke konci šroubu.

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. Nevýho

-1 CZ 296509 B6 dou 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 dvouhřídlové 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 vírové 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.

Dvojice šroubových rotorů pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média, podle vynálezu, kteréžto rotory jsou provedené jako jednoduché s měnícím se stoupáním a jsou určené k osazení do osobě 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 jádra, cykloidně vydutým bokem závitu, vnějším kruhovým obloukem a dalším bokem závitu. Podstatou vynálezu je, že stoupání neprobíhá monotónně, ale je definované jako závislá proměnná úhlu opásání, přičemž stoupání v první dílčí části ve směru od sacího konce šroubu narůstá a po přibližně jednom opásání dosahuje maximální hodnotu, přičemž stoupání v druhé dílčí části navazující na první dílčí část klesá a přibližně jedno opásání před tlakovou stranou konce šroubu dosahuje minimální hodnotu a že stoupání ve třetí dílčí části navazující na druhou dílčí část je v podstatě konstantní.

S výhodou je použito řešení podle vynálezu, jehož podstatou je, že se obrysy čelního profilu závitu podél osy šroubů mění, změní-li se sektorový úhel kruhového oblouku jádra a vnějšího kruhového oblouku jádra a změní-li se geometrie dalšího boku jádra závitu, přičemž jsou kruhový poloměr jádra, vnější kruhový poloměr jádra a geometrie vydutého boku jádra závitu konstantní a přičemž nejzazší body vydutého boku jádra závitu vytvářejí referenční spirálu pro definici průběhu stoupání.

Rovněž je podle vynálezu výhodné řešení, jehož podstatou je, jestliže variace sektorových úhlů kruhového oblouku jádra a vnějšího kruhového oblouku jádra podél osy šroubuje určená prostorově minimálně přibližně ekvidistančním průběhem referenční spirály a ohraničující druhé vnější spirály vnější, válcovité plochy rotoru.

Přehled obrázků na výkresech

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,

-2CZ 296509 B6

obr. 6	průběhu 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	Celní řezy dvojicí rotorů, které znázorňují vývoj průřezu pracovní komory podle obrázku 7.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 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 3 ukazují míry Awj 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 vztahová značka 8 je druhá vnější spirála, je to ohraničující spirála vnější válcovité plochy rotoru.

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

Obrázek 5 ukazuje na diagramu rozvíjení w referenční spirály 7, zmíněné v souvislosti s obrázkem 4, a závislosti na úhlu opásání a. Pro srovnání je zakreslena ještě jedna přímka g a odpovídající úseky P_fi, 2Ρ» a td. odvíjení spirály s konstantním stoupáním. Průběh stoupání je zřetelně patrný, pozoruje-li se na obrázku 6 znázorněná první derivace d_w w' =---rozvíjení w. Hodnota w' je dynamická stoupání výše zmíněné referenční spirály 7.

d«

Lo

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 narůstá w' a dosahuje při a = 2π maximální hodnotu

-3CZ 296509 B6 (l+A).Lo

-----------, přičemž je A amolitudový moderátor. V druhé dílčí oblasti T2, která od 2π do 6π 2π (1-A). L_o stoupání klesá a dosahuje při α = 6π minimální hodnotu ---------,

2π ίο kterou si zachová v třetí dílčí části T3 až do konce škrobu.

Obrázek 7 ukazuje příčný řez F komorou ve funkci úhlu opásání a, přičemž plnou čarou znázorněná křivka F_a znázorňuje příčný řez komorou bez variace profilu a čárkovaně kreslená křivka F_a 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 F₂ 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.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu lze použít všude tam, kde se používají výtlačné stroje na stlačitelná média.

Claims

1. Dvojice šroubových rotorů (1, 2) pro vestavbu do výtlačných strojů na stlačitelná média, kteréžto rotory (1, 2) 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 bokem (4) závitu, vnějším kruhovým obloukem (5) a dalším bokem (6) závitu, vyznačující se tím, že stoupání neprobíhá monotónně a je definované jako proměnná úhlu (a) opásání, přičemž stoupání v první dílčí části (TJ ve směru od sacího konce šroubu narůstá a po přibližně jednom opásání dosáhne maximální hodnotu, přičemž stoupání v druhé dílčí části (T₂) navazující na první dílčí část (TJ 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 (T₂) je v podstatě konstantní.

2. Dvojice šroubových rotorů podle nároku 1, vyznačující se tím, že se obrysy čelního profilu závitu rotoru podél osy šroubu mění, změní-li se sektorový úhel (γ) kruhového oblouku (3) jádra a vnějšího kruhového oblouku (5) jádra a změní-li se geometrie dalšího boku (6) jádra závitu, přičemž jsou kruhový poloměr (Rb) jádra, vnější kruhový poloměr (Ra) jádra a geometrie vydutého boku (4) jádra závitu konstantní a přičemž nejzazší body (B_a, B_o) vydutého boku (4) jádra závitu vytvářejí referenční spirálu (7) pro definici průběhu stoupání.

3. Dvojice šroubových rotorů podle nároku 2, vy z n a č uj í c í se t í m , že variace sektorových úhlů (γ) kruhového oblouku (3) jádra a vnějšího kruhového oblouku (5) jádra podél osy šroubuje určená prostorově minimálně přibližně ekvidistančním průběhem referenční spirály (7) a ohraničující druhé vnější spirály (8) vnější, válcovité plochy rotoru.