DK145953B - Skruerotormaskine med et par i hinanden indgribende rotorer - Google Patents

Description

(19) DANMARK "'fif £$1¾

@ o« FREMLÆGGELSESSKRIFT od 145953 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 896/75 (51) IntCI.3 F OA C 2/16 (22) Indleveringsdag 5· mar. 1975 F OA C 18/16 (24) Løbedag 5· mar. 1975 (41) Aim. tilgængelig 7· S ep. 1975 (44) Fremlagt 25· apr. 1985 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. - (30) Prioritet 6. mar. 1974, 10070/74, GB.

(71) Ansøger SVENSKA. ROTOR MASKINER AKTIEBOLåG, Nacka, SE.

(72) Opfinder Lauritz Benedictus ^chibbye, SE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Skruerotormaskine med et par i hinanden indgribende rotorer.

Den foreliggende opfindelse angår en skruerotormaskine af den i indledningen til krav 1 angivne art.

Rotorerne i en sådan maskine omfatter en konkav rotor, der er forsynet med helikoidefremspring og mellemliggende fordybninger med i almindelighed konkave flanker, af hvilke i hvert fald de største dele er anbragt indenfor rotorens delecirkel, og en CQ konveks rotor, der er forsynet med helikoidefremspring og mellem- CO ligaende fordybninaer, som har i almindelighed konvekse flanker, lo (j) af hvilke i hvert fald de største dele er anbragt uden for rotorens

Lfi delecirkel.

-ί r~

X

o 145953 I de fleste tilfælde strækker hvert fremspring på de konkave rotorer sig et kort stykke udenfor delecirklen og danner et tandhoved, og hver fordybning hos den konvekse rotor strækker sig et kort stykke indenfor delecirklen og danner en tandfod, der svarer til det nævnte tandhoved. Plankerne af tandhovederne og tandfødderne danner mindre dele af de samlede flanker af de tilsvarende fremspring og fordybninger. Hidtil har hver af de mindre flankedele været udformet således, at den følger en cirkulær bue med centrum på delecirklen. Med henblik på at forhindre interferens mellem samvirkende, mindre flankedele har radius for den cirkulære bue hos den konvekse rotor været fremstillet betragteligt større end den tilsvarende radius hos den konkave rotor, idet forskellen mellem radierne har været af størrelsesordenen 1 til 2%. På grund af den korte udstrækning af de nævnte, mindre flankedele og deres placering tæt ved delecirklerne, hvor forskydningen mellem flankerne er minimal, har de således frembragte lækageområder været ubetydelige.

Skruekompressorer med sådanne flankeprofiler hos tandhovederne har løbet helt tilfredsstillende, når rotorerne har været indbyrdes forbundet ved hjælp af synkroniserende tandhjul. Ligeledes har sådanne tandhoved- og tandfodsprofiler arbejdet tilfredsstillende i skruekompressorer med direkte kontakt mellem flankerne, når den konvekse rotor har været forbundet med en energikilde, selv om de drejningsmomentoverførende overflader af de større flankedele umiddelbart op til delecirklerne har været af begrænset størrelse.

Med henblik på kun at opnå flankekontakt umiddelbart op til delecirklerne har disse overflader normalt været forsynet med en mindre, indbyrdes flankefrigang end de øvrige flankedele på den måde, som siden begyndelsen af 1930'erne har været velkendt indenfor skrue-rotorpumpeområdet. Ved skruekompressorer med direkte flankekontakt, og hvor den konkave rotor er forbundet med en energikilde, er der ved tandhoved- og tandfodsprofiler af den hidtil kendte art opstået visse problemer, der dels skyldes det større drejningsmoment, som skal overføres mellem rotorerne, dels skyldes den omstændighed, at kontaktpunkterne hos den drivende, konkave rotorflanke ligger indenfor delecirklen, mens kontaktpunkterne hos den drevne, konvekse rotorflanke ligger udenfor delecirklen, hvilket betyder at kontaktpunkternes omkredshastighed hos den drivende flanke er mindre end hos den drevne flanke.

3 1/15953

En anden ulempe hos de beskrevne tandhoved- og tandfods-flankeprofiler er, at de er komplicerede at fremstille og på det nærmeste umulige at bearbejde korrekt ved tandfræsning.

Formålet for den foreliggende opfindelse er at forøge arealet af de kraftoverførende flankeoverflader hos et indbyrdes indgribende rotorpar, så at der opnås bedre kontaktforhold mellem rotorerne ved drift af skruerotormaskinen over den konvekse rotor, idet en del af de kraftoverførende overflader er anbragt således i forhold til de pågældende delecirkler, at den drivende flanke har en større hastighed end den drevne flanke.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at skruerotormaskinen er udformet som angivet i den kendetegnende del af krav 1, hvorved der opnås en særlig fordelagtig udformning til momentoverføring mellem rotorerne henholdsvis i området indenfor den konvekse og udenfor den konkave rotordelecirkel af de i dette område beliggende flankeafsnit.

Som kompressor udformes skruerotormaskinen ifølge opfindelsen fortrinsvis som angivet i kravene 3 og 4.

Med henblik på at opnå en særlig enkel bearbejdning af rotorprofilerne med praktisk taget korrekt kurveform ved fræsning kan skruerotormaskinen ifølge opfindelsen være udformet som angivet i krav 4.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere ud fra en foretrukken udførelsesform, idet der henvises til tegningen, på hvilken: fig. 1 viser et lodret snit gennem en skruekompressor langs linien 1-1 i fig. 2, fig.. 2 et tværsnit gennem den i fig. 1 viste kompressor langs linien 2-2 i fig. 1, og fig. 3 i større målestok et udsnit af det i fig. 2 viste.

Den i fig. 1 og 2 viste skruekompressor omfatter et hus 10, som danner et arbejdsrum 12 i hovedsagen i form af to hinanden skærende, cylindriske boringer med parallelle akser. Huset 10 er yderliger forsynet med en lavtrykskanal 14 og en højtrykskanal 16 til arbejdsfluidet, hvilke kanaler står i forbindelse med arbejdsrummet 12 gennem henholdsvis en lavtryksåbning 18 og en højtryksåbning 20.

145953 4 I den viste kompressor er lavtryksåbningen 18 i sin helhed placeret i lavtryksendevæggen 22 af arbejdsrummet 12 og strækker sig i hovedsagen på den ene side af det plan, som indeholder boringernes akser. Højtryksåbningen 20 i den viste kompressor er delvis anbragt i højtryksendevæggen 24 af arbejdsrummet 12 og delvis i dets sidevæg 26, og den er som helhed placeret på den side af planet gennem boringernes akser, som ligger modsat lavtryksåbningen.

I arbejdsrummet 12 er der tilvejebragt to samvirkende rotorer, nemlig en konveks rotor 28 og en konkav rotor 30, der er placeret med deres akser sammenfaldne med boringernes akser.

Disse rotorer er lejret i huset 10 i cylindriske rullelejer 32 i lavtryksendevæggen og i et par aksialkuglelejer 34 i højtryksendevæggen 24. Den konkave rotor 30 er yderligere forsynet med en tapaksel 36, som rager frem udenfor huset 10.

Den konvekse rotor 28 har fire helikoideformede fremspring 38 og mellemliggende fordybninger 40 med en omslutningsvinkel på ca. 300°. Den konkave rotor 30 har seks helikoideformede fremspring 42 og mellemliggende fordybninger 44 med en omslutningsvinkel på ca. 200°. Den konkave rotors fremspring 42 er forsynet med tandhoveder 48, som er placeret radialt udenfor delecirklen 46 for den konkave rotor 30, og fordybningerne 40 i den konvekse rotor er forsynet med tilsvarende tandfødder 52, der er placeret radialt indenfor delecirklen 50 i den konvekse rotor 28.

I den cylindriske væg 26 af arbejdsrummet 12 er tilvejebragt et antal olieindsprøjtningskanaler 54, der fører ind til skæringslinien 56 mellem de to boringer, der danner arbejdsrummet 12. Disse kanaler 54 danner forbindelse mellem et olietilførselskammer 58 og arbejdsrummet 12. Der tilføres olie til kammeret 58 fra en ikke vist trykoliekilde gennem en tilførselsåbning 60 under et tryk, som er større end det tryk, der forekommer i arbejdsrummet 12 ved åbningerne for kanalerne 54.

Hver af fordybningerne 44 i den konkave rotor består af en første flanke 62, som anbragt i en kompressor er den forreste flanke, og en anden, bageste flanke 64. Hver af flankerne 62, 64 forløber fra et radialt inderste punkt 66 i fordybningen 44 ud til et punkt henholdsvis 68 og 70 på kammen 72 af det tilgrænsende fremspring 42, som er placeret udenfor delecirklen 46 for rotoren 30, 145953 hvilken cirkel skærer flankerne 62, 64 i henholdsvis punkterne 74 og 76. Hver af flankerne 62, 64 har således en større del 66-74, 66-76 indenfor delecirklen 46 og en mindre del 74-68, 76-70 udenfor delecirklen 46.

Den større del 66-74 af den forreste flanke 62 er sammensat af tre forskellige afsnit. Det første afsnit 66-78 er formet som en cirkulær bue, der strækker sig over en vinkel o på ca. 10°, og som har sit centrum 80 placeret på delecirklen 46 og en radius r med en længde på ca. 40% af radius for delecirklen i rotoren 30.

Det andet afsnit 78-82 er formet som en cirkulær bue, hvis centrum 84 er placeret udenfor delecirklen 46 på en forlængelse af den rette linie 78-80, og med en radius R med en længde på ca. 4/3 af længden af radius r. Det tredie afsnit 82-74 følger en ret linie, som i punktet 82 danner en tangent til den cirkulære bue med radius R, og som i punktet 74 på delecirklen 46 danner en vinkel β på ca.

20° med en radial linie fra centrum 86 af rotoren 30.

Den større del 66-76 af den bageste flanke 64 er ligeledes sammensat af tre forskellige afsnit. Det første afsnit 66-88 er et spejlbillede af det første afsnit 66-78 af den forreste flanke 62. Det andet afsnit 88-90 har ved dets indre endepunkt 88 en fællestangent med det første afsnit 66-88. Afsnittets ydre endepunkt 90 er anbragt på en cirkel med deleradius 86-90 som diameter. Mellem disse punkter 88, 90 følger afsnittet en kurve af epicyclisk art, som skal beskrives i det efterstående. Det tredie afsnit 90-76 følger en ret, radial linie fra centrum 86 af rotoren 30,

Hvert af fremspringene på den konvekse rotor 28 omfatter på samme måde en forrreste flanke 92 og en bageste flanke 94. Hver af flankerne 92, 94 strækker sig fra et toppunkt 96 til punkter 98 og 100 henholdsvis på bunddelen 102 af den tilgrænsende fordybning 40, hvilke punkter er placeret indenfor delecirklen 50 for den konvekse rotor 28, idet cirklen skærer flankerne 92, 94 i henholdvis punkterne 104 og 106. Hver af flankerne 92, 94 har således en større del 96-104, 96-106 udenfor delecirklen 50 og en mindre del 104-98, 106-100 indenfor delecirklen 50.

Den større del 96-104 af den forreste flanke 92 er sammensat af tre forskellige afsnit. Det første afsnit 96-108 er bortset fra en underskåret del 110 til tilvejebringelse af en tætnings- 6 1459S3 strimmel ved toppunktet 96 udformet som en cirkulær bue, der passer til det første afsnit 66-78 af den forreste flanke 62 på den konkave rotor 30. Det andet afsnit 108-112 er frembragt af det andet afsnit 78-82 af den forreste flanke 62 af den konkave rotor 30. Det tredje afsnit 112-104 er frembragt af det tredje afsnit 82-74 af den forreste flanke 62 af den konkave rotor.

Den større del 96-106 af den bageste flanke 94 er ligeledes sammensat af tre forskellige afsnit. Det første afsnit 96-114 er et spejlbillede af det første afsnit 96-108 af den forreste flanke 92. Endepunktet 114 af dette første afsnit frembringer yderligere det epicycliske, andet afsnit 88-90 af den bageste flanke 64 af den konkave rotor 30. Det andet afsnit 114-116 er frembragt af punktet 90 på den bageste flanke 64 af den konkave rotor 30.

Det tredie afsnit 116-106 er frembragt af det tredje afsnit 90-76 af den bageste flanke 64 af den konkave rotor 30.

Den mindre del 104-98 af den forreste flanke 92 af den konvekse rotor 28 er sammensat af to forskellige afsnit. Det første afsnit 104-118 følger en ret linie, som danner en tangent til det tredje afsnit 112-104 af den større del 96-104 af flanken 92 i punktet 104 på delecirklen 50. Det andet afsnit 118-98 er frembragt af det yderste punkt 68 af den forreste fordybningsflanke 62 på den konkave rotor. Skæringspunktet 118 mellem flankeafsnittene 104-118, 118-98 er placeret således, at linien 104-118 danner en tangent til kurven 118-98 i punktet 118.

Den mindre del 74-68 af den forreste flanke 62 af den konkave rotor 30 følger en kurve, som er frembragt af det første afsnit 104-118 af den mindre del 104-98 af den forreste flanke 92 af den konvekse rotor 28.

Den mindre del 106-100 af den bageste flanke 94 af den konvekse rotor 28 er sammensat af to forskellige afsnit. Det første afsnit 106-120 følger en ret linie, hvis forlængelse passerer gennem centrum 122 af den konvekse rotor 28. Denne rette linie 106-120 danner en tangent til det tredie afsnit 116-106 af den større del 96-106 af den bageste flanke 94 i punktet 106 på delecirklen 50. Det andet afsnit 120-100 er frembragt af det yderste punkt 70 af den bageste fordybningsflanke 64 på den konkave rotor. Skæringspunktet 120 mellem flankeafsnittene 106-120, 120-100 er placeret således, at linien 106-120 danner en tangent til kurven 120-100 i punktet 120.

7 145953

Den mindre del 76-70 af den bageste flanke 64 af den konkave rotor 30 følger en kurve, der er frembragt af det første afsnit 106-120 af den mindre del 106-100 af den bageste flanke 94 af den konvekse rotor 28.

Kammen 72 på hvert af fremspringene 42 på den konkave rotor er forsynet med en tætningsstrimmel 124 til forbedring af tætningen imod husets cylindriske væg. Bunddelen 102 af hver fordybning 40 i den konvekse rotor er yderligere forsynet med en spalte 126, ind i og ud af hvilken tætningsstrimlen 124 af det samvirkende fremspring 42 på den konkave rotor passerer, når rotorerne 30, 28 roterer.

De i det foranstående beskrevne rotorprofiler angår alle den teoretiske form for disse. Med henblik på at sikre mekanisk pålidelighed af den maskine, hvori rotorerne er monteret, må der imidlertid være tilvejebragt visse spillerum mellem rotorerne, forsåvidt angår de dele heraf, som ikke direkte skal berøre hinanden. Med henblik på opnåelse af sådanne spillerum må den ene eller begge rotorprofiler modificeres noget, således at den afviger fra dens teoretiske form. Faconen og størrelsen af sådanne afvigelser varierer for forskellige maskintyper i afhængighed af driftsbetingelserne, dvs. kompression eller ekspansion, den gasart, som skal behandles, gassens temperaturer i afhængighed af maskinens kølesystem inklusive væskeindsprøjtning og af systemet til overføring af drejningsmoment til rotorerne såsom separate synkroniseringstandhjul til indbyrdes forbindelse af rotorerne, direkte flankeberøring med drivende konveks rotor og direkte flankeberøring med drivende konkav rotor såvel som af rotorernes dimensioner.

På tegningen er afvigelsen fra de teoretiske rotorprofiler vist anbragt som helhed i den konkave rotor 30. Faconen af afvigelserne er angivet ved en kortstreglinie 128, som af hensyn til tydeligheden er anbragt i en meget overdreven afstand fra den teoretiske flankeprofil. På tegningen er afvigelserne vist for en kompressor med direkte flankeberøring og drivende konkav rotor 30. Afvigelserne fra den teoretiske form over det første og det andet afsnit 66-78, 66-88 og 78-82, 88-90 af de større dele af flankerne henholdsvis 62 og 64 har en konstant første størrelse målt vinkel- 8 145953 ret på flanken 62, 64. Afvigelsen over det tredie afsnit 82-74 af den større del 66-74 af den forreste flanke 62 aftager kontinuerligt fra størrelsen ved punktet 82, hvor den er lig med afvigelsen over det tilgrænsende, andet afsnit 78-82, til en anden, mindste størrelse ved punktet 74 på delecirklen 46. Afvigelsen over den mindre flankedel 74-68 er af konstant størrelse lig med den nævnte, anden størrelse ved punktet 74 målt vinkelret på flanken. Afvigelserne over det tredie afsnit 90-76 af den større del 66-76 af den bageste flanke 64 og over den mindre del 76-70 af den bageste flanke 64 er af en tredie størrelse. Afvigelsen over kammen 72 er med undtagelse af tætningsstrimlen 124 af en konstant, fjerde størrelse målt vinkelret på kammen 72, dvs. i rotorens radialretning. Ved en praktisk anvendelse angående en kompressor til luft ved atmosfærisk tryk og temperatur med et trykforhold på ca. 8:1 og forsynet med olieindsprøjtning til køling, tætning og smøring, med direkte flankeberøring og drivende konkav rotor 30 samt en rotordiameter på ca. 200 mm er værdierne af den nævnte første, anden, tredie og fjerde størrelse for afvigelsen henholdsvis 0,06-0,10 mm, 0,02-0,05 mm, nul og 0,06-0,10 mm. Ved direkte flankeberøring og drivende konveks rotor må værdierne for den anden og tredie størrelse for afvigelsen byttes om. Ved drift gennem synkroniserende tandhjul må den anden og tredie størrelse for afvigelsen have positive værdier, som er mindre end den første størrelse for afvigelsen.

Ved at anbringe alle afvigelserne til frembringelse af frigang i alene én rotor, fortrinsvis den konkave, kan den anden rotor have identisk facon til alle forskellige udførelsesformer.

På denne måde kan det samme bearbejdningsværktøj anvendes til den nævnte, anden rotor uafhængigt af anvendelsen, og ved omstilling ..af produktionen skal der kun fremstilles ét nyt bearbejdsningsværk-tøj, hvilket er væsentligt, især ud fra et økonomisk synspunkt.

Vinklen.β kan variere mellem 0° og 30°. Jo mindre denne vinkel er, des bedre vil kontaktforholdene være mellem de samvirkende flanker 62, 92. På den anden side vil betingelserne for et bearbejdningsværktøj, især når det anvendes i en snekkefræsemaski-. ne, være bedre jo større vinklen er, hvilket betyder at der med samme bearbejdsningsværktøj kan bearbejdes flere rotorer, før værktøjet skal slibes. Produktionen af rotorerne vil med andre ord blive hurtigere og billigere. Den på tegningen viste størrelse for vinklen β, ca. 20°, synes at være tilnærmelsesvis optimal, i det mindste ved den beskrevne udførelsesform for en kompressor med direkte flankeberøring og drivende, konkav rotor.

Claims (4)

9 145953 Patentkrav.

1. Skruerotormaskine med et par i hinanden indgribende rotorer (28, 30) med skrueformede fremspring (38, 42) og mellemliggende fordybninger (40, 44), hvor den ene rotor (30) er en konkav rotortype og udformet således, at hver af dens fordybningsflanker (62, 64) har en største del (66-74, 66-76) beliggende inden for rotorens (30) delecirkel (46) og en mindste del (74-68, 76-70) beliggende uden for denne med nævnte mindre flankedel følgende en kurve, som nærmer sig en tilgrænsende fordybning (44) i retning fra delecirklen (46) og udad, og den anden rotor (28) er en konveks rotortype og udformet således, at hver af dens fremspringsflanker (92, 94) har en største del (96-104, 96-106) anbragt uden for rotorens delecirkel (50) og en mindste del (104-98, 106-100) anbragt inden for denne, og at nævnte mindste flankedel (104-98, 106-100) og den tilsluttende største flankedel (96-104, 96-106) i det mindste på hvert fremspring (38) på den konvekse rotor i deres fælles punkt (104, 106) på delecirklen (50) har forskellige krumningsradier og en fælles tangent, som danner en vinkel (β) på mindre end 30° med en radial linie (122-104, 122-106) gennem det fælles tangeringspunkt (104, 106), kendetegnet ved, at nævnte mindste flankedel (74-68, 76-70) af i det mindste den ene flanke (62, 64) i hver fordybning (44) i den konkave rotor og den mindste del (104-98, 106-100) af den samvirkende flanke (92,94) i den konvekse rotor hver i et plan vinkelret på rotorakserne omfatter et afsnit (74-68, 104-118, 76-70, 106-120), der grænser op til den pågældende delecirkel (46, 50) idet nævnte afsnit (74-68, 76-70) i den konkave rotor følger en kurve, der er frembragt af nævnte afsnit (104-118, 106-120) af den konvekse rotor (28).

2. Skruerotormaskine ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte flankeafsnit (104-118, 106-120) af den konvekse rotor (28) følger en ret linie.

3. Skruerotormaskine ifølge krav 1 eller 2 udført som kompressor, kendetegnet ved, at det nævnte flankeafsnit (106-120) på den konvekse rotor (28) findes på den i drejningsretningen bageste flanke på hvert fremspring (38), og i sit skæringspunkt (106) med delecirklen (50) har en tangent, der passerer gennem rotorens (28) centrum (122).

4. Skruerotormaskine ifølge ethvert af de foregående krav udført som kompressor, kendetegnet ved, at det nævnte