EP3597920A2 - Rotor pair for a compressor block of a screw machine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a main rotor rotating about a first axis and a secondary rotor rotating about a second axis. Furthermore, the invention relates to a compressor block with a corresponding rotor pair.
- Screw machines whether as screw compressors or as screw expanders, have been in practical use for several decades. Designed as screw compressors, they have displaced reciprocating compressors as compressors in many areas. With the principle of the interlocking screw pair, not only gases can be compressed using a certain amount of work. The use as a vacuum pump also opens up the use of screw machines to achieve a vacuum. Finally, the passage of pressurized gases the other way around can also generate work, so that mechanical pressure can also be obtained from pressurized gases by means of the principle of the screw machine.
- Screw machines generally have two shafts arranged parallel to each other, on which on the one hand a main rotor and on the other hand a secondary rotor are seated.
- the main rotor and secondary rotor interlock with corresponding helical teeth.
- a compressor chamber in which the main and secondary rotors are accommodated, forms a compression chamber (working chambers) through the tooth space volumes.
- the working chamber is initially closed and then continuously reduced in volume, so that the medium is compressed. Finally, as the rotation progresses, the working chamber is opened to a print window and the medium is pushed out into the print window.
- This internal compression process differentiates screw machines designed as screw compressors from Roots blowers that work without internal compression.
- typical pressure ratios can be between 1.1 and 20, the pressure ratio being the ratio of the compression pressure to the suction pressure.
- the compression can take place in one or more stages.
- Achievable final pressures can be, for example, in the range from 1.1 bar to 20 bar. Insofar as reference is made at this point or subsequently in the present application to pressure information in “bar”, such pressure information relates in each case to absolute pressures.
- Screw machines can be used in addition to the function already mentioned as a vacuum pump or as a screw expander in various fields of technology as a compressor.
- a particularly preferred field of application is the compression of gases, such as air or inert gases (helium, nitrogen, ).
- gases such as air or inert gases (helium, nitrogen, ).
- inert gases helium, nitrogen, .
- a fluid-injected compression in particular an oil-injected compression
- screw compressors are sometimes referred to as screw blowers.
- the face cut of the rotors especially the face cut of the secondary rotor, has a significant influence on energy efficiency.
- the face cut of the secondary rotor must find its counterpart in the face cut of the main rotor.
- the profile of the rotor in a plane perpendicular to the axis of the rotor is referred to as an end cut.
- Different types of forehead incision generation for example rotor- or rack-based forehead incision generation methods, are now known from the prior art. Once you have decided on a certain procedure, a first design front section is created in a first step. Traditionally, this is further optimized in several subsequent (revision) steps according to various criteria.
- a short profile gap length should be combined with a small (pressure-side) blow hole.
- the two sizes basically behave in opposite directions. This means that the smaller the blow hole is modeled, the greater the profile gap length becomes. Conversely, the shorter the profile gap length, the larger the blow hole. Helpertz explains this in his Dissertation "Method for the stochastic optimization of screw rotor profiles", Dortmund, 2003 on page 162 ,
- Blow holes on the pressure side must not be made too large, as described above, in order to minimize the backflow of already compressed medium into previous working chambers (i.e. in working chambers of lower pressure). Such backflows increase the energy expenditure for the total delivery volume achieved and lead to an undesirable increase in the temperature and pressure level during compression, which overall reduces the efficiency.
- the area of the blow hole (blow hole area) can be kept small by making the head curves of the profiles small in the face cut. Specifically, this can be caused by a strong curvature in the head region of the leading tooth flank of the secondary rotor and in the head region of the trailing tooth flank of the main rotor. However, the greater this curvature, the more likely it is to reach manufacturing limits, as this leads to high wear on profile cutters and profile grinding wheels in the manufacture of the main rotor and secondary rotor.
- chamber gusset volume Another cause for efficiency-reducing internal leaks is the so-called chamber gusset volume, which can arise when the last working chamber (ie the working chamber with the highest pressure) is pushed out into the pressure window. The working chamber then no longer has a connection to the pressure window from a certain rotational angle position of the rotors. A so-called chamber gusset volume remains between the two rotors and the pressure-side housing end wall.
- This chamber gusset volume is disadvantageous because the enclosed compressed medium can no longer be pushed out into the pressure window, the further rotation of the rotors further compresses, which leads to unnecessarily high power consumption (for over-compression), an unnecessarily high additional heat input, noise and a reduction the service life of the roller bearings of the rotors in particular.
- the specific performance is deteriorated by the fact that the portion enclosed in the chamber gusset volume returns to the suction side after over-compression and is therefore not available to the compressed air user.
- oil-injected compressors there is also incompressible oil in the chamber gusset and is squeezed.
- Compact compressor blocks with a high construction volume utilization are achieved by a large tooth gap volume, which in turn depends on the profile depth and the tooth thickness.
- the object of the present invention is to provide a pair of rotors for a compressor block of a screw machine, which is characterized by a high level of operational reliability and reasonable manufacturing costs due to its quiet running and special energy efficiency.
- the rotor geometry is essentially characterized by the shape of the face cut as well as by the rotor length and the wrap angle, cf. " Method for the stochastic optimization of screw rotor profiles ", thesis by Markus Helpertz, Dortmund, 2003, p. 11/12 ,
- the secondary rotor or main rotor have a predetermined, often different number of teeth of the same design per rotor.
- the outermost circle around the vertices of the teeth around the C1 and C2 axes is referred to as the tip circle.
- a base circle is defined in the face cut by the points on the outer surface of the rotors closest to the axis.
- the ribs are called the teeth of the rotor.
- the grooves (or recesses) are referred to as tooth gaps.
- the area of the tooth on and above the root circle defines the tooth profile.
- the contour of the ribs defines the course of the tooth profile.
- Base points F1 and F2 and a vertex F5 are defined for the tooth profile.
- the apex F5 or H5 is defined by the radially outermost point of the tooth profile. If the tooth profile has several points with the same maximum radial distance from the center point defined by the axis C1 or C2, i.e. if the tooth profile follows a circular arc on the tip circle at its radially outer end, the vertex F5 lies exactly in the middle of this circular arc. A tooth gap is defined between two adjacent vertices F5.
- the points radially closest to the axis C1 or C2 between a viewed tooth and the adjacent tooth define base points F1 and F2.
- the tooth profile at its lowest point follows the base circle in sections, the corresponding base point F1 or F2 then lies on half of this circular arc lying on the base circle ,
- the meshing of the main rotor and the secondary rotor defines a rolling circle for both the secondary rotor and the main rotor.
- These circles, on which the main rotor and secondary rotor roll against each other in the present case, are referred to as respective pitch circles.
- the pitch circle diameters of the main rotor and secondary rotor can be determined using the center distance and the number of teeth ratio.
- the circumferential speeds of the main rotor and the secondary rotor are identical on the pitch circles.
- tooth space areas between the teeth and the respective tip circle KK are defined, namely tooth space area A6 between the profile profile of the secondary rotor NR between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1, or an area A7 as tooth space area between the profile profile of the main rotor (HR) between two neighboring vertices H5 and the tip circle KK 2 .
- the tooth profile of the secondary rotor (but also of the main rotor) has a tooth flank leading in the direction of rotation as well as a tooth flank trailing in the direction of rotation.
- the leading tooth flank is referred to below as F V and the trailing tooth flank as F N.
- the trailing tooth flank F N forms a point in its section between the tip circle and the base circle, in which the curvature of the course of the tooth profile changes. This point is referred to below as F8 and divides the trailing tooth flank F N into a convexly curved part between F8 and the tip circle and a concave curved part between the root circle and F8. Small-scale profile changes, for example due to sealing strips or other local profile changes, are not taken into account when considering the change in curvature described above.
- a wrap angle ⁇ is defined. This wrap angle is the angle by which the face cut is rotated from the suction-side to the pressure-side rotor face, cf. also the more detailed explanations in connection with Figure 8 ,
- the main rotor has a rotor length L HR , which is defined as the distance between a suction-side main rotor rotor end face and a pressure-side main rotor rotor end face.
- the distance between the first axis C1 of the secondary rotor running parallel to one another and the second axis C2 of the main rotor is referred to below as the center distance a.
- the length of the main rotor L HR corresponds to the length of the secondary rotor L NR , the length of the secondary rotor also being understood as the distance from a suction-side secondary rotor rotor end face to a pressure-side secondary rotor rotor end face.
- a rotor length ratio L HR / a is defined, that is, a ratio of the rotor length of the main rotor to the center distance.
- the ratio L HR / a is therefore a measure of the axial dimensioning of the rotor profile.
- the line of engagement or the profile gap arise from the interaction of the main rotor and the secondary rotor.
- the line of engagement results as follows: The tooth flanks of the main rotor and secondary rotor touch each other with play-free toothing depending on the angular position of the rotors in certain points. These points are called engagement points.
- the geometrical location of all engagement points is called the engagement line and can already be calculated in two dimensions based on the end cut of the rotors, cf. Figure 7j ,
- the line of engagement is divided into two sections in the forehead section view by the connecting line between the two center points C1 and C2, namely into a (comparatively short) suction-side and a (comparatively long) pressure-side section.
- the line of engagement can also be expanded three-dimensionally and corresponds to the line of contact between the main rotor and the secondary rotor.
- the axial projection of the three-dimensional line of engagement onto the face incision plane in turn yields that based on Figure 7j illustrated two-dimensional line of intervention.
- the term "line of intervention” is used in the literature for both two-dimensional and three-dimensional viewing. In the following, unless otherwise stated, "line of engagement” should be understood to mean the two-dimensional line of engagement, ie the projection onto the forehead incision.
- the profile engagement gap is defined as follows: In the real compressor block of a screw machine, there is play between the two rotors when there is a clearance between the main rotor and the secondary rotor.
- the gap between the main rotor and the secondary rotor is called the profile engagement gap and is the geometrical location of all points at which the two paired rotors touch each other or are at the smallest distance from each other. Due to the profile engagement gap, the compressing and extending working chambers are connected to chambers that are still in contact with the suction side. The entire maximum pressure ratio is thus present at the profile engagement gap. Working fluid that has already been compressed is transported back to the suction side through the profile engagement gap and thus reduces the efficiency of the compression. Since the profile engagement gap would be the line of engagement with play-free toothing, the profile engagement gap is also referred to as a "quasi-line of engagement".
- Blowholes between working chambers are caused by rounded corners of the teeth of the profile.
- tooth pairings are common in screw machines, for example a rotor pair in which the main rotor 3 and the secondary rotor 4 teeth or a rotor pairing in which the main rotor 4 teeth and the secondary rotor 5 teeth or furthermore a rotor pair geometry in which the main rotor 5 teeth and the secondary rotor has 6 teeth.
- rotor pairs or screw machines with different number of teeth ratio may be used.
- rotor pair arrangements with a tooth / number ratio of 4/5 main rotor with 4 teeth, secondary rotor with 5 teeth
- the number of teeth or the number of teeth ratio specifies different types of rotor pairings and, as a result, also different types of screw machines, in particular screw compressors.
- PT rel is at least 0.5, preferably at least 0.515, and at most 0.65, preferably at most 0.595, where PT rel is the relative profile depth
- rk 1 is a tip circle radius drawn around the outer circumference of the secondary rotor
- rf 1 is a root circle radius starting from the base of the profile.
- the ratio of the center distance ⁇ of the first axis C1 to the second axis C2 and the tip radius rk is 1 a rk 1 set so that a rk 1 is at least 1.636 and at most 1.8, preferably at most 1.733, the main rotor preferably being designed with a wrap angle ⁇ HR , for which applies 240 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, and preferably for a rotor length ratio L HR / a: 1 . 4 ⁇ L MR / a ⁇ 3 . 4 .
- the rotor length ratio is formed from the ratio of the rotor length L HR of the main rotor and the center distance a and the rotor length L HR of the main rotor is formed by the distance from a suction-side main rotor-rotor end face to an opposite pressure-side main rotor-rotor end face.
- PT rel is at least 0.5, preferably at least 0.515 and at most 0.58, with PT rel being the relative profile depth, rk 1 being a tip circle radius drawn around the outer circumference of the secondary rotor, and rf 1 being a start on the profile base Foot circle radius.
- the ratio of the center distance a of the first axis C1 to the second axis C2 and the tip radius rk is 1 a rk 1 set so that a rk 1 is at least 1.683 and at most 1.836, preferably at most 1.782, the main rotor preferably being designed with a wrap angle ⁇ HR , for which 240 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, and preferably for a rotor length ratio L HR / a: 1 . 4 ⁇ L MR / a ⁇ 3 . 3 .
- the rotor length ratio is formed from the ratio of the rotor length L HR of the main rotor and the center distance a and the rotor length L HR of the Main rotor is formed by the distance from a suction-side main rotor-rotor end face to an opposite pressure-side main rotor-rotor end face.
- PT rel is at least 0.44 and at most 0.495, preferably at most 0.48, where PT rel is the relative profile depth
- rk 1 is a tip circle radius drawn around the outer circumference of the secondary rotor
- rf 1 is one that starts at the base of the profile Foot circle radius.
- the ratio of the center distance a of the first axis C1 to the second axis C2 and the tip radius rk is 1 a rk 1 set so that a rk 1 is at least 1.74, preferably at least 1.75 and at most 1.8, preferably at most 1.79, the main rotor preferably being designed with a wrap angle ⁇ HR , for which applies 240 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, and preferably for a rotor length ratio L HR / a: 1 . 4 ⁇ L MR / a ⁇ 3 . 2 .
- the rotor length ratio is formed from the ratio of the rotor length L HR of the main rotor and the center distance a and the rotor length L HR of the main rotor is formed by the distance from a suction-side main rotor-rotor end face to an opposite pressure-side main rotor-rotor end face.
- the relative profile depth of the secondary rotor is a measure of how deep the profiles are cut. With increasing profile depth, for example, the construction volume utilization increases, but at the expense of the bending stiffness of the secondary rotor.
- the specified values for the rotor length ratio L HR / a and the wrap angle ⁇ HR represent advantageous or expedient values for the respectively specified number of teeth ratio in order to determine an advantageous rotor pairing in the axial dimension.
- Preferred configurations for a pair of rotors with a number-of-teeth ratio of 3/4 are set out below, that is to say for a pair of rotors in which the main rotor has 3 teeth and the secondary rotor 4 teeth.
- the aim is to combine a small blow hole with a short length of the profile engagement gap.
- the two parameters behave in opposite directions, ie the smaller the blow hole is modeled, the greater the length of the profile engagement gap is inevitable. Conversely, the shorter the length of the profile engagement gap, the larger the blow hole.
- a particularly favorable combination of the two parameters is achieved in the areas claimed. At the same time, a sufficiently high bending stiffness of the secondary rotor is guaranteed.
- a further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor, base points F1 and F2 at the base circle and at the radially outermost point of the tooth define an apex F5, F1, F2 and F5 a triangle D Z is defined and wherein in a radially outer area the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 over the triangle D Z survives and 8 ⁇ A2 / A1 ⁇ 60 is observed.
- the partial tooth surface A1 on the leading tooth flank F V of the secondary rotor has a significant influence on the blow hole surface.
- the partial tooth surface A2 on the trailing tooth flank F N of the secondary rotor has a significant influence on the length of the profile engagement gap, the chamber extension and the secondary rotor torque.
- the illustration of the parameters is also supplementary Figure 7d directed.
- the pair of rotors has a secondary rotor, in which, in an end sectional view, the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the
- a vertex F5 is defined, a triangle D Z being defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 in a radially outer region of the tooth with a surface A1 protrudes beyond the triangle D Z and in a radially inner region it retracts with respect to the triangle D Z with a surface A3 and 7.0 ⁇ A3 / A1 ⁇ 35 is observed.
- the Figure 7d directed.
- a base point F5 is defined between the tooth of the secondary rotor (NR) and the adjacent tooth of the secondary rotor (NR) in each case and at the radially outermost point of the tooth a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1, the tooth itself being a has the cross-sectional area A0 bounded by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and 0.5% ⁇ A1 / A0 4,5 4.5% being maintained.
- the Figures 7d and 7e referenced.
- the offset angle is preferably always positive, that is, the offset in the direction of the direction of rotation is given and not contrary.
- the tooth of the secondary rotor is curved toward the direction of rotation of the secondary rotor.
- the offset should remain within the range specified as advantageous in order to enable a favorable compromise between the blow hole area, the shape of the line of engagement, the length and shape of the profile engagement gap, the secondary rotor torque, the bending stiffness of the rotors and the chamber extension into the pressure window.
- Figure 7f is supplementary to Figure 7f directed.
- trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR), formed between F1 and F5 has a convex length fraction of at least 45% to at most 95% in a frontal section examination.
- the secondary rotor is preferably designed in such a way that, in an end section view, the radial beam R drawn from the axis C1 of the secondary rotor (NR) through F5 divides the tooth profile into a surface portion A5 assigned to the leading tooth flank F V and a surface portion A4 assigned to the trailing tooth flank F N and in which 5 ⁇ A 4 / A 5 ⁇ 14 is adhered to.
- the tooth profile is delimited radially inwards towards the axis C1 by the root circle FK 1 .
- the radial beam R divides the tooth profile in such a way that two disjunct surface portions with a total surface portion A5, which are assigned to the leading tooth flank F V , arise.
- Figure 7g If the apex F5 were displaced towards the leading tooth flank in such a way that the radial beam R not only touches the leading tooth flank F V but intersects at two points, then again two of the leading tooth flank are assigned disjoint areas with a total area A5 defined.
- the area portion A4 assigned to the trailing tooth flank F N is then limited on the one hand by the radial beam R and in sections, namely between the two intersections of the leading tooth flank F V with the radial beam R, and on the other hand also by the leading tooth flank F V.
- Another preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle ⁇ HR , for which the following applies: 290 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, preferably 320 ° ⁇ ⁇ HR ⁇ 360 °.
- the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. This also shortens the axial extension of the working chamber to be pushed out, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
- a Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor (NR) or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile course of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
- ⁇ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This allows a measure to be made of the length of the profile engagement gap regardless of the size of the screw machine.
- the smaller the numerical value of the key figure ⁇ l the shorter the profile gap of a tooth pitch with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side.
- the factor ⁇ l ⁇ ⁇ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
- main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio Druck of up to 3, in particular with a pressure ratio ⁇ of greater than 1 and up to 3 , can be achieved, the pressure ratio denoting the ratio of the discharge pressure to the intake pressure.
- a further preferred embodiment provides a pair of rotors such that the main rotor (HR) is designed to be operable with a circumferential speed in a range from 20 to 100 m / s in relation to a tip circle KK 2 .
- the aim is to combine a small blow hole with a short length of the profile engagement gap.
- the two parameters behave in opposite directions, ie the smaller the blow hole is modeled, the greater the length of the profile engagement gap is inevitable. Conversely, the shorter the length of the profile engagement gap, the larger the blow hole.
- a particularly favorable combination of the two parameters is achieved in the areas claimed. At the same time, a sufficiently high bending stiffness of the secondary rotor is guaranteed.
- a further preferred embodiment provides that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 are defined at the base circle and at the radially outermost point of the tooth, wherein a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a Surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and 6 ⁇ A2 / A1 ⁇ 15 is observed.
- the partial tooth surface A1 on the leading tooth flank F V of the secondary rotor has a significant influence on the blow hole surface.
- the partial tooth surface A2 on the trailing tooth flank F N of the secondary rotor has a significant influence on the length of the profile engagement gap, the chamber extension and the secondary rotor torque.
- the illustration of the parameters is also supplementary Figure 7d directed.
- the pair of rotors has a secondary rotor, in which, in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth define an apex F5 where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 projects beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and in a radially inner region withdraws with respect to the triangle D Z with an area A3 and 9.0 ⁇ A3 / A1 ⁇ 18 is observed.
- the Figure 7d directed.
- a base point F5 is defined between the tooth of the secondary rotor (NR) and the adjacent tooth of the secondary rotor (NR) in each case and at the radially outermost point of the tooth a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1, the tooth itself being a has the cross-sectional area A0 bounded by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and 1.5% ⁇ A1 / A0 3,5 3.5% being maintained.
- a further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth, an apex F5 is defined, the between F1 and F2 running circular arc B around the center defined by the axis C1 defines a tooth pitch angle ⁇ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor NR, with half of the circular arc B
- the offset angle is preferably always positive, that is, the offset in the direction of the direction of rotation is always given and not in the opposite direction.
- the tooth of the secondary rotor is curved toward the direction of rotation of the secondary rotor.
- the offset should remain within the range specified as advantageous in order to enable a favorable compromise between the blow hole area, the shape of the line of engagement, the length and shape of the profile engagement gap, the secondary rotor torque, the bending stiffness of the rotors and the chamber extension into the pressure window.
- Figure 7f is supplementary to Figure 7f directed.
- trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR) formed between F1 and F5 has a convex length fraction of at least 55% to at most 95% in a frontal section examination.
- the secondary rotor is preferably designed in such a way that, in an end section view, the radial beam R drawn from the axis C1 of the secondary rotor (NR) through F5 divides the tooth profile into a surface portion A5 assigned to the leading tooth flank F V and a surface portion A4 assigned to the trailing tooth flank F N and in which 4 ⁇ A 4 / A 5 ⁇ 9 is adhered to.
- the tooth profile is delimited radially inwards towards the axis C1 by the root circle FK 1 .
- the radial beam R divides the tooth profile in such a way that two disjunct surface portions with a total surface portion A5, which are assigned to the leading tooth flank F V , arise.
- Figure 7g If the apex F5 were displaced towards the leading tooth flank in such a way that the radial beam R not only touches the leading tooth flank F V , but intersects in two points, then two disjoint area parts associated with the leading tooth flank are defined with a total area proportion A5.
- the area portion A4 assigned to the trailing tooth flank F N is then delimited on the one hand by the radial beam R in sections, namely between the two intersections of the leading tooth flank F V with the radial beam R, and on the other hand also by the leading tooth flank F V.
- a further preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle ⁇ HR , for which the following applies: 320 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, preferably 330 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °.
- the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. This also shortens the axial extension of the working chamber to be pushed out, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
- a Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor (NR) or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the head circle KK 1 and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the head circle KK 2 .
- ⁇ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This means that a measure of the length of the profile engagement gap can be defined regardless of the size of the screw machine.
- the smaller the numerical value of the key figure ⁇ l the shorter the profile gap with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side.
- the factor ⁇ l ⁇ ⁇ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
- main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio of up to 5, in particular with a pressure ratio offered greater than 1 and up to 5, or alternatively, a fluid-injected compression with a pressure ratio of up to 16, in particular with a pressure ratio greater than 1 and up to 16, can be achieved, the pressure ratio denoting the ratio of the compression pressure to the intake pressure.
- a further preferred embodiment provides a pair of rotors such that in the case of dry compression the main rotor with respect to a tip circle KK 2 with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s and in the case of fluid-injected compression the main rotor with a peripheral speed in is operable in a range of 5 to 50 m / s.
- the aim is to combine a small blow hole with a short length of the profile engagement gap.
- the two parameters behave in opposite directions, ie the smaller the blow hole is modeled, the greater the length of the profile engagement gap is inevitable. Conversely, the shorter the length of the profile engagement gap, the larger the blow hole.
- a particularly favorable combination of the two parameters is achieved in the areas claimed. At the same time, a sufficiently high bending stiffness of the secondary rotor is guaranteed.
- a further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 at the base circle and at the radially outermost point of the tooth have an apex F5 are defined, wherein a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and in a radially outer area the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank formed between F1 and F5 F N with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and 4 ⁇ A2 / A1 ⁇ 7 is observed.
- the partial tooth surface A1 on the leading tooth flank F V of the secondary rotor has a significant influence on the blow hole surface.
- the partial tooth surface A2 on the trailing tooth flank F N of the secondary rotor has a significant influence on the length of the profile engagement gap, the chamber extension and the secondary rotor torque.
- the pair of rotors has a secondary rotor, in which, in an end-sectional view, between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth an apex F5 are defined, wherein a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and in a radially inner one Area opposite the triangle D Z with a surface A3 and 8 ⁇ A3 / A1 ⁇ 14 is observed.
- the Figure 7d directed.
- a base point F5 is defined between the tooth of the secondary rotor (NR) and the adjacent tooth of the secondary rotor (NR) in each case and at the radially outermost point of the tooth a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1, the tooth itself being a has the cross-sectional area A0 bounded by the circular arc B running between F1 and F2 around the center defined by the axis C1 and 1.9% ⁇ A1 / A0 ⁇ 3.2% is adhered to.
- the Figures 7d and 7e referenced.
- a further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth, an apex F5 is defined, the between F1 and F2 circular arc B around the center defined by axis C1 defines a tooth pitch angle ⁇ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor NR, with a point F11 being defined on the half circular arc B between F1 and F2, one of which is defined by the Axis C1 defined center point of the secondary rotor (NR) through radial apex R5 drawn through the apex F5 intersects the circular arc B at a point F12, an offset angle ⁇ being defined by the offset from F11 to F12 considered in the direction of rotation of the secondary rotor (NR) and wherein 13 . 5 % ⁇ ⁇ ⁇ 18 % is complied with ⁇
- the offset angle is preferably always positive, that is, the offset in the direction of the direction of rotation is always given and not in the opposite direction.
- the tooth of the secondary rotor is curved toward the direction of rotation of the secondary rotor.
- the offset should remain within the range specified as advantageous in order to enable a favorable compromise between the blow hole area, the shape of the line of engagement, the profile gap length and shape, the secondary rotor torque, the bending stiffness of the rotors and the chamber extension into the pressure window.
- Figure 7f is supplementary to Figure 7f directed.
- Another preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle ⁇ HR , for which the following applies: 320 ° ⁇ ⁇ HR 360 360 °, preferably 330 ° ⁇ ⁇ HR ⁇ 360 ° increasing wrap angle, the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. In addition, this shortens the axial extension of the ones to be pushed out Working chamber, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
- a Bl is an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor (NR) or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile course of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
- ⁇ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This means that a measure of the length of the profile engagement gap can be defined regardless of the size of the screw machine.
- the smaller the numerical value of the key figure ⁇ l the shorter the profile gap with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side.
- the factor ⁇ l ⁇ ⁇ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
- main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio of up to 5, in particular with a pressure ratioinsulated greater than 1 and up to 5, or alternatively, a fluid-injected compression with a pressure ratio of up to 20, in particular with a pressure ratio ⁇ greater than 1 and up to 20, can be achieved are, the pressure ratio denotes the ratio of the discharge pressure to the suction pressure.
- a further preferred embodiment provides a pair of rotors such that the main rotor (HR) with respect to a tip circle KK 2 in the case of a dry compression with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s and in the case of a fluid-injected compression with a peripheral speed is designed to be operable in a range from 5 to 50 m / s.
- the teeth of the secondary rotor taper towards the outside in a frontal section observation, that is to say all of the circular arcs running perpendicularly from the trailing tooth flank F N to a radial beam starting from the center point defined by axis C1 and drawn through point F5 Remove the leading tooth flank F V from F1 to F2 in the sequence radially outwards (or at least remain the same in sections).
- the teeth of the secondary rotor are thus designed in such a way that there are no constrictions, that is to say the width of a tooth of the secondary rotor does not increase at any point, but rather decreases radially outwards or remains at most the same. This is considered useful in order to achieve a small blow hole on the pressure side with a short profile engagement gap length.
- the end section design of the secondary rotor (NR) is advantageously carried out in such a way that the effective direction of the torque, which results from a reference pressure on the partial surface of the secondary rotor delimiting a working chamber, is directed against the direction of rotation of the secondary rotor.
- Such a face cut design causes the total torque from the gas forces on the secondary rotor to be directed in the opposite direction to the direction of rotation of the secondary rotor.
- a defined flank contact between the trailing secondary rotor flank F N and the leading main rotor flank is achieved. This helps to avoid the problem of so-called rotor rattling, which can occur in unfavorable, especially unsteady operating situations.
- Rotor rattling is understood to mean the leading and lagging of the secondary rotor about its axis of rotation, superimposed on the uniform rotary movement, which is associated with a rapidly changing impact of the trailing secondary rotor flanks on the leading main rotor flanks and then the leading secondary rotor flanks on the trailing main rotor flanks, etc.
- This problem occurs in particular when the moment from the gas forces together with other moments (eg from bearing friction) on the secondary rotor is undefined (eg near zero), which is effectively avoided by the advantageous face cut design.
- the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) for conveying air or inert gases, such as helium or nitrogen, are designed and matched to one another.
- the profile of a tooth of the secondary rotor is preferably asymmetrical in relation to the radial beam R drawn from the center point, which is defined by the axis C1, through the apex F5.
- leading tooth flank and trailing tooth flank of each tooth are thus asymmetrical to each other.
- a further preferred embodiment provides that a point C on the connecting section is viewed in a face section C 1 C 2 is defined between the first axis C1 and the second axis C2, where the rolling circles WK 1 of the secondary rotor (NR) and WK 2 of the main rotor (HR) touch that K5 the intersection of the root circle FK 1 of the secondary rotor (NR) with the connecting path C 1 C 2 defined, where r 1 measures the distance between K5 and C, and that K4 denotes the point of the suction-side part of the line of engagement, which is farthest from the connecting path C 1 C 2 is spaced between C1 and C2, where r 2 measures the distance between K4 and C and where: 0 .
- the pair of rotors is designed and configured in such a way that the following applies to a rotor length ratio LHR / a: 0 . 85 * z 1 / z 2 + 0 . 67 ⁇ L MR / a ⁇ 1 . 26 * z 1 / z 2 + 1 . 18 . prefers 0 . 89 * z 1 / z 2 + 0 . 94 ⁇ L MR / a ⁇ 1 . 05 * z 1 / z 2 + 1 . 22 .
- rotor length ratio L HR / a being the ratio of the Specifies rotor length L HR to center distance a and rotor length L HR is the distance between the suction-side main rotor-rotor end face and the pressure-side main rotor-rotor end face.
- the bending stiffness of the rotors is sufficiently high that the rotors do not bend significantly during operation and therefore the gaps (between the rotors or between the rotors and the compressor housing) can be made relatively narrow without the risk of that the rotors start up against each other or start up in the compressor housing under unfavorable operating conditions (high temperatures and / or high pressures).
- Narrow gaps offer the advantage of low backflow and thus contribute to energy efficiency. At the same time, operational safety is guaranteed despite the small gap dimensions.
- a high bending stiffness of the rotors is also advantageous in rotor manufacture in order to meet the high demands on the shape tolerances.
- the ratio of L HR / a is so large that the center distance a is not excessively large in relation to the rotor length L HR .
- This is advantageous because, as a consequence, the rotor diameters and, more specifically, the end faces of the rotors are not excessively large.
- this allows the gap lengths to be kept small; thereby reducing the backflow into previous working chambers and thereby again improving energy efficiency.
- the axial forces resulting from the pressurized pressure-side end faces of the rotors can advantageously be kept small by means of small-sized end faces, these axial forces act on the rotors and in particular on the rotor bearing during operation. By minimizing these axial forces, the load on the (rolling) bearings can be minimized or the bearings can be dimensioned smaller.
- the tooth profile of the secondary rotor (NR) follows a circular arc with radius rk 1 at its radially outer section, i.e. several points of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N on the circular arc Radius rk 1 lie around the center point defined by axis C1
- the circular arc ARC 1 preferably includes an angle with respect to the axis C1 between 0.5 ° and 5 °, more preferably between 0.5 ° and 2.5 °, where F10 is the most distant point from F5 on the leading tooth flank on this arc and the radial beam R 10 drawn between F10 and the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 touches the front tooth flank F V in at least one point or intersects in two points, cf. especially the illustration in Fig. 7h ,
- the above-described design of the tooth profile of the secondary rotor is particularly relevant for a tooth / number ratio of 3/4 or 4/5. With such a tooth number ratio, the blow hole area can be reduced by complying with the condition reproduced above. With the number of teeth ratio 5/6, on the other hand, the aforementioned contact point or intersection point with the leading tooth flank F V does not appear to be desirable, since the teeth of the secondary rotor may then become too thin and consequently too flexible.
- a compressor block comprising a compressor housing and a pair of rotors as described above is claimed as claimed in the invention, the pair of rotors comprising a main rotor HR and a secondary rotor NR, each of which is rotatably mounted in the compressor housing.
- the compressor block is designed in such a way that the face cut design is carried out in such a way that the working chamber formed between the tooth profiles of the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) can essentially be pushed out completely into the pressure window.
- the design of the front section of the two rotors advantageously ensures that no chamber gusset volume is formed between the two rotors when the working chamber is pushed out into the pressure window.
- the compression can be carried out particularly efficiently, since there is no backflow of already compressed medium to the suction side, and therefore none additional heat input occurs.
- the entire compressed volume can be used by downstream compressed air consumers.
- one shaft end of the main rotor is led out of the compressor housing and designed for connection to a drive, preferably both shaft ends of the secondary rotor being completely accommodated within the compressor housing.
- Radial beam R 10 has 2 intersections with the leading tooth flank F V - Area ratio A4 / A5 [-] 7.5 10.1 5.5 - Wrap angle ⁇ HR 334.7 ° 330.3 330.3 ⁇ Bl [%] 0,159 0.086 0.106 0.18 ⁇ Bl ⁇ ⁇ l [%] 0.94 0.53 0.631 1,058
- Profile face section design with regard to chamber extension The working chamber can essentially be pushed out completely into the printing window.
- Profile face section design with regard to secondary rotor torque The direction of action of the NR torque resulting from the gas forces is directed against the direction of rotation of the secondary rotor.
- the isentropic block efficiency in comparison to the prior art is for the second embodiment to the 3/4 teeth ratio in Figure 5 illustrated. Two curves of the same pressure ratio are shown there.
- the specific pressure ratio shown is 2.0 (ratio of outlet pressure to inlet pressure).
- the isentropic block efficiency could be significantly improved compared to the values achievable with the prior art.
- the specified delivery quantity corresponds to the delivery volume flow of the compressor block in relation to the suction condition.
- the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N are marked on a secondary rotor tooth.
- a tooth gap 23 is identified as representative of all tooth gaps of the secondary rotor.
- the based on Figure 7a shown profile profile of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N corresponds to that based on the Figure 4 for a tooth number ratio of 5/6 exemplary embodiment explained.
- Figure 7b shows the tooth gap surfaces A6 and A7 as well as a side view of a blow hole in an end sectional view.
- Figure 7b to explain the tooth space areas A6 and A7 shown profile profiles correspond to that for a number of teeth ratio of 3/4 using Figure 1 illustrated embodiment.
- FIG. 7b Furthermore shows Fig. 7b the location of the coordinate system of in Fig. 7k shown blow hole area A Bl in relation to the rotor pair.
- the coordinate system is spanned by the u-axis parallel to the rotor end faces along the intersection edge 11 on the pressure side.
- the pressure-side blow hole lies in the coordinate system described and very specifically in a plane perpendicular to the rotor end faces between the pressure-side intersection edge 11 and an engagement line point K2 of the pressure-side part of the engagement line.
- the line of engagement 10 is divided into two sections by the connecting line between the two center points C1 and C2: the suction-side part of the engagement line is shown below, the pressure-side part above the connecting line.
- K2 denotes the point of the pressure-side part of the engagement line 10 which is the most distant from the straight line through C1 and C2.
- the intersection of the tip circles of the two rotors creates an intersection edge 11 on the pressure side and an intersection edge 12 on the suction side.
- Fig. 7b is the cutting edge 11 on the pressure side in one Forehead section examination shown as a point. The same applies to the representation of the intersection edge 12 on the suction side.
- the u-axis is a parallel to the rotor end faces and corresponds to the vector from the line of engagement point K2 to the intersection edge 11 on the pressure side in an end sectional view. Further details on the blow hole area A Bl on the pressure side result from Figure 7k ,
- Figure 7c shows a front sectional view of a tooth of the secondary rotor with the concentric circular arcs B 25 , B 50 , B 75 running within the rotor tooth around the center C1 with the associated radii r 25 , r 50 , r 75 and the associated arc lengths b 25 , b 50 , b 75 .
- the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N.
- the based on Figure 7c shown profile profile of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N corresponds to that based on the Figure 4 for a tooth number ratio of 5/6 exemplary embodiment explained.
- Figure 7d shows in a frontal section view between the tooth of the secondary rotor under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor, base points F1 and F2 at the base circle and at the radially outermost point of the tooth, a vertex F5.
- the triangle D Z defined by the points F1, F2 and F5 is also shown.
- Tooth partial area A1 corresponds to the area with which the tooth under consideration, with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2, projects beyond the triangle D Z in a radially outer region.
- Tooth partial area A2 corresponds to the area with which the tooth under consideration, with its trailing tooth flank F N formed between F5 and F1, projects beyond the triangle D Z in a radially outer region.
- Surface A3 corresponds to the surface with which the tooth under consideration with its leading tooth flank formed between F5 and F2 withdraws from the triangle D Z.
- the tooth pitch angle ⁇ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor is also shown.
- profile profile of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N corresponds to that based on the Figure 4 for a tooth number ratio of 5/6 exemplary embodiment explained.
- Figure 7e shows a cross-sectional view of the cross-sectional area A0 of a tooth of the secondary rotor, which is delimited by the circular arc B running between F1 and F2 around the center C1.
- profile profile of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N corresponds to that based on the Figure 4 for a tooth number ratio of 5/6 exemplary embodiment explained.
- Figure 7f shows the offset angle ⁇ in a frontal section view. This is defined by the offset from point F11 to point F12 viewed in the direction of rotation of the secondary rotor.
- F11 is a point on the half arc B between F1 and F2 around the center C1 and therefore corresponds to the intersection of the bisector of the tooth pitch angle ⁇ with the arc B.
- F12 results from the point of intersection of the radial beam R drawn from the center C1 to the vertex F5 with the circular arc B.
- profile profile profile of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N corresponds to that based on the Figure 4 for a tooth number ratio of 5/6 exemplary embodiment explained.
- Figure 7g shows, in an end sectional view, the turning point F8 on the trailing tooth flank F N of the secondary rotor, in which the curvature of the course of the tooth profile changes between the tip and root circles.
- the trailing tooth flank F N of the secondary rotor is divided by the point F8 into an essentially convexly curved portion between F8 and the apex F5 and an essentially concavely curved portion between F8 and the base point F1.
- Figure 7h shows in an end sectional view two intersection points of the radial beam R 10 from C1 to F10 with the leading tooth flank F V of the secondary rotor, the point F10 designating that point of the leading tooth flank F V which lies on the tip circle KK 1 with rk 1 and furthest from F5 is spaced.
- the tooth flank follows a circular arc ARC 1 with radius rk 1 around the center point of the secondary rotor defined by axis C1.
- the based on Figure 7h explained profile profiles of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N correspond to the exemplary embodiment described for a tooth number ratio of 3/4 Figure 1 ,
- Figure 7i shows the tooth profile divided by the radial beam R drawn from C1 to F5 in an end section view.
- the tooth profile is divided into an area A4 assigned to the trailing tooth flank F N and an area A5 assigned to the leading tooth flank F V.
- the based on Figure 7i explained profile profiles of the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N correspond to the embodiment described for a tooth number ratio of 5/6 Figure 4 ,
- Figure 7j shows in an end sectional view the line of engagement 10 between the main and secondary rotors and the two concentric circles around the point C with the radii r 1 and r 2 to describe the characteristic features of the course of the suction-side part of the line of engagement.
- the line of engagement 10 is divided into two sections by the connecting line between the first axis C1 and the second axis C2: the suction-side part of the line of engagement is below, the pressure-side part above the connecting line C 1 C 2 shown.
- Point C is the point of contact of the pitch circle WK 1 of the secondary rotor with the pitch circle WK 2 of the main rotor.
- K4 denotes the point of the suction-side part of the line of engagement which is the most distant from the connecting path between C1 and C2.
- Radius r 1 is the distance between K5 and C, radius r 2 denotes the distance between K4 and C.
- Figure 7k shows a pressure-side blow hole area A Bl of a working chamber in a sectional view perpendicular to the rotor end faces.
- the limitation of the blow hole area A Bl arises from the intersection line 27 of the imaginary flat surface described above with the leading secondary rotor flank F v , the intersection line 26 of the plane with the trailing HR flank and a straight line section [K1 K3] of the intersection edge 11 on the pressure side.
- the wrap angle ⁇ which has already been mentioned several times, is illustrated once again. Specifically, it is the angle ⁇ by which the face cut is rotated from the suction-side to the pressure-side rotor face. This is illustrated here by the rotation of the profile between a pressure-side end face 13 and a suction-side end face 14 by the angle ⁇ HR in the main rotor HR.
- Figure 9 shows a schematic sectional view of a compressor block 19 comprising a housing 15 and mounted therein two rotors toothed together in pairs, namely a main rotor HR and a secondary rotor NR.
- Main rotor HR and secondary rotor NR are each rotatably supported in the housing 15 via suitable bearings 16.
- Drive power can be applied to a shaft 17 of the main rotor HR, for example with a motor (not shown) via a clutch 18.
- the compressor block shown is an oil-injected screw compressor, in which the torque transmission between the main rotor HR and the secondary rotor NR takes place directly via the rotor flanks. In contrast to In the case of a dry screw compressor, touching the rotor flanks by means of a synchronization gear (not shown) can be avoided.
- suction nozzle for sucking in the medium to be compressed and an outlet for the compressed medium.
- FIG 10 A toothed main rotor HR and secondary rotor NR are also shown in a perspective view.
- Figure 11 shows the spatial line of engagement 10 of exactly one tooth gap 23.
- the profile gap length I sp is the length of the spatial line of engagement of exactly one tooth gap 23. This consequently corresponds to the profile gap length of exactly one tooth pitch.
- the total torque from the gas forces on the secondary rotor is made up of the sum of the torque effects of the gas pressures in all working chambers on the partial surfaces of the secondary rotor delimiting the respective working chambers.
- Fig. 12a Such a partial surface (22) of the secondary rotor that delimits a working chamber is shown by hatching as an example.
- Figure 12b shows the distribution of the in Figure 12a shown part surface (22) delimiting a working chamber into a dotted area (28) and a cross-hatched area (29). Only the cross-hatched area (29) contributes to the torque.
- the partial surface (22) results from the specific face cut design and the pitch of the secondary rotor.
- the pitch of the secondary rotor refers to the pitch of the helical toothing of the secondary rotor.
- the three-dimensional line of engagement (10) delimiting the partial surface is also determined by the end cut design of the secondary rotor and the slope.
- Partial surface (22) is also limited by cutting line (27). Details of section line (27) have already been given in the context of the Figures 7b and 7k shown and described. The same applies to the line of engagement point K2.
- the direction of action of the torque which the gas pressure in the working chamber (or any reference pressure) brings about on the partial surface of the secondary rotor delimiting the working chamber is determined by the face cut design of the secondary rotor.
- the exemplary embodiments shown prove that the present invention was able to achieve a considerable increase in efficiency for a pair of rotors used in screw machines consisting of a main rotor and a secondary rotor with the corresponding profile geometry.
- profile profiles in the above-discussed exemplary embodiments according to FIGS Figures 1 to 4 explained in more detail.
- profile profiles can also be generated by means of publicly accessible computer programs.
- SV_Win a project of the Vienna University of Technology, whereby this software is described in great detail in the aforementioned habilitation thesis by Grafinger.
- An alternative, publicly accessible computer program is also the DISCO software and in particular the module SCORPATH of the City University London (Center for Positive Displacement Compressor Technology). General information can be found at http://www.city-compressors.co. uk /. Information on installing the software can be found at http://www.staff.city.ac.uk/ ⁇ ra600/DISCO/DISCO/Instalation%20instructions.pdf. A preview of the DISCO software can be found at http://www.staff.city.ac.uk/ ⁇ ra600/DISCO/DISCO%20Preview.htm.
- ScrewView software is also available in the Dissertation “Directed Evolutionary Algorithms” by Stefan Berlik, Dortmund 2006 (p. 173 f .) mentioned.
- the ScrewView software is described in connection with the project "Method for the design of dry-running rotary displacement machines”.
- Section S1 to S2 results from an arc on the secondary rotor NR around the center C1, generated by the arc section T1 to T2 around the center C2 on the Main rotor HR.
- the section S2 to S3 results from an envelope to a trochoid, generated from the arc section T2 to T3 around the center M4 on the main rotor HR.
- the section S3 to S4 is surrounded by an arc defines the center point M1.
- the section S4 to S5 is predetermined by an arc around the center M2.
- the section S5 to S6 is defined by an arc around the center C1.
- the subsequent section S6 to S7 is specified by an arc around the center M3.
- the section S7 to S1 is finally predetermined by an envelope to form a trochoid, generated by the arc section T7 to T1 around the center M5 on the main rotor HR.
- the above-mentioned sections are seamlessly connected in the order given.
- the tangents at the end of a section and at the beginning of the adjacent section are the same. In this respect, the sections merge directly, continuously and without kinks.
- the profile profile of the teeth of the main rotor HR is for the embodiment according to the Figures 1 to 4 also based on the Figures 13 to 16 explained briefly below.
- the section T1-T2 results from an arc on the main rotor HR around the center C2 on the main rotor HR.
- the section T2-T3 is defined by the circular arc on the main rotor HR around the center M4.
- the section T3-T4 results from an envelope to a trochoid, generated by the section S3-S4 on the secondary rotor NR.
- the section T4-T5 is defined by an envelope to a trochoid, generated by the section S4-S5 on the secondary rotor.
- the section T5-T6 is defined by an arc around the center C2, generated by the arc section S5-S6 around the center C1 on the secondary rotor NR.
- the section T6-T7 results from an envelope to a trochoid, generated by the section S6-S7 on the secondary rotor NR.
- the section T7-T1 is finally defined by an arc around the center M5.
- the sections described above are each seamlessly connected in the order given. The tangents at the end of a section and at the beginning of the adjacent section are the same. In this respect, the sections merge directly, continuously and without kinks.
- the profile profiles of the secondary rotor NR and main rotor HR are of course coordinated with one another and, in this respect, the envelopes for a trochoid each correspond to circular arc sections on the counter rotor.
- a tangential transition from one section to the next is guaranteed.
- the procedure for calculating the profile profile of the counter rotor is, for example, in the Dissertation by Helpertz, "Method for the stochastic optimization of screw rotor profiles", Dortmund, 2003, p. 60 ff , described.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine, wobei das Rotorpaar aus einem um eine erste Achse (C1) rotierenden Nebenrotor (NR) und einen um eine zweite Achse (C2) rotierenden Hauptrotor (HR) besteht,wobei die Anzahl der Zähne (z<sub>2</sub>) beim Hauptrotor (HR) 4 und die Anzahl der Zähne (z<sub>1</sub>) beim Nebenrotor (NR) 5 beträgt,wobei die relative Profiltiefe des NebenrotorsPTrel=rk1−rf1rk1mindestens 0,515, und höchstens 0,58, beträgt, wobei es sich bei rk<sub>1</sub>um einen um den Außenumfang des Nebenrotors (NR) gezogenen Kopfkreisradius und bei rf<sub>1</sub>um einen am Profilgrund des Nebenrotors ansetzenden Fußkreisradius handelt, wobei das Verhältnis vom Achsabstand α der ersten Achse (C1) zur zweiten Achse (C2) und dem Kopfradius rk<sub>1</sub>ark1mindestens 1,683, und höchstens 1,836, bevorzugt höchstens 1,782, beträgt, wobei der Hauptrotor mit einem Umschlingungswinkel Φ<sub>HR</sub>ausgebildet ist, für den gilt 320° ≤ Φ<sub>HR</sub>≤ 360°, und wobei vorzugsweise für ein Rotorlängenverhältnis L<sub>HR</sub>/a gilt:1,4≤LHR/a≤3,3,wobei das Rotorlängenverhältnis aus dem Verhältnis der Rotorlänge LHR des Hauptrotors und dem Achsabstand a gebildet ist und die Rotorlänge LHR des Hauptrotors durch den Abstand einer saugseitigen Hauptrotor-Rotorstirnfläche zu einer gegenüberliegenden druckseitigen Hauptrotor-Rotorstirnfläche gebildet ist.The invention relates to a pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a secondary rotor (NR) rotating about a first axis (C1) and a main rotor (HR) rotating about a second axis (C2), the number of teeth ( z <sub> 2 </sub>) for the main rotor (HR) 4 and the number of teeth (z <sub> 1 </sub>) for the secondary rotor (NR) 5, whereby the relative profile depth of the secondary rotorPTrel = rk1 − rf1rk1at least 0.515, and at most 0.58, where rk <sub> 1 </sub> is a tip circle radius drawn around the outer circumference of the secondary rotor (NR) and rf <sub> 1 </sub> is one at the base of the profile of the secondary rotor starting root radius, the ratio of the center distance α of the first axis (C1) to the second axis (C2) and the tip radius rk <sub> 1 </sub> ark1 being at least 1.683, and at most 1.836, preferably at most 1.782, where the main rotor is designed with a wrap angle Φ <sub> HR </sub> for which the gi lt 320 ° ≤ Φ <sub> HR </sub> ≤ 360 °, and preferably for a rotor length ratio L <sub> HR </sub> / a: 1.4≤LHR / a≤3.3, where that Rotor length ratio is formed from the ratio of the rotor length LHR of the main rotor and the center distance a and the rotor length LHR of the main rotor is formed by the distance between a suction-side main rotor-rotor end face and an opposite pressure-side main rotor-rotor end face.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine, wobei das Rotorpaar aus einem um eine erste Achse rotierenden Hauptrotor und einem um eine zweite Achse rotierenden Nebenrotor besteht nach den Merkmalen des Anspruchs 1, 9 oder 14. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichterblock mit einem entsprechenden Rotorpaar.The invention relates to a pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a main rotor rotating about a first axis and a secondary rotor rotating about a second axis. Furthermore, the invention relates to a compressor block with a corresponding rotor pair.
Schraubenmaschinen, sei es als Schraubenverdichter oder als Schraubenexpander, sind seit mehreren Jahrzehnten im praktischen Einsatz. Ausgestaltet als Schraubenverdichter haben sie in vielen Bereichen Hubkolbenverdichter als Verdichterverdrängt. Mit dem Prinzip des ineinandergreifenden Schraubenpaars lassen sich nicht nur Gase unter Aufwendung einer bestimmten Arbeitsleistung komprimieren. Die Anwendung als Vakuumpumpe eröffnet auch den Einsatz von Schraubenmaschinen zur Erzielung eines Vakuums. Schließlich kann durch das Hindurchleiten von unter Druck stehenden Gasen anders herum auch eine Arbeitsleistung erzeugt werden, so dass aus unter Druck stehenden Gasen mittels des Prinzips der Schraubenmaschine auch mechanische Energie gewonnen werden kann.Screw machines, whether as screw compressors or as screw expanders, have been in practical use for several decades. Designed as screw compressors, they have displaced reciprocating compressors as compressors in many areas. With the principle of the interlocking screw pair, not only gases can be compressed using a certain amount of work. The use as a vacuum pump also opens up the use of screw machines to achieve a vacuum. Finally, the passage of pressurized gases the other way around can also generate work, so that mechanical pressure can also be obtained from pressurized gases by means of the principle of the screw machine.
Schraubenmaschinen weisen allgemein zwei parallel zueinander angeordnete Wellen auf, auf denen einerseits ein Hauptrotor und andererseits ein Nebenrotor sitzen. Hauptrotor und Nebenrotor greifen mit entsprechender schraubenförmiger Verzahnung ineinander. Zwischen den Verzahnungen und einem Verdichtergehäuse, in dem Haupt- und Nebenrotor aufgenommen sind, wird durch die Zahnlückenvolumina ein Verdichtungsraum (Arbeitskammern) gebildet. Ausgehend von einem Ansaugbereich wird mit fortschreitender Drehung von Haupt-und Nebenrotor die Arbeitskammer zunächst geschlossen und dann kontinuierlich im Volumen verringert, so dass eine Verdichtung des Mediums eintritt. Schließlich wird bei fortschreitender Drehung die Arbeitskammer zu einem Druckfenster hin geöffnet und das Medium in das Druckfenster ausgeschoben. Durch diesen Vorgang der inneren Verdichtung unterscheiden sich als Schraubenkompressoren ausgebildete Schraubenmaschinen von Rootsgebläsen, die ohne innere Verdichtung arbeiten.Screw machines generally have two shafts arranged parallel to each other, on which on the one hand a main rotor and on the other hand a secondary rotor are seated. The main rotor and secondary rotor interlock with corresponding helical teeth. Between the teeth and one A compressor chamber, in which the main and secondary rotors are accommodated, forms a compression chamber (working chambers) through the tooth space volumes. Starting from a suction area, as the main and secondary rotors continue to rotate, the working chamber is initially closed and then continuously reduced in volume, so that the medium is compressed. Finally, as the rotation progresses, the working chamber is opened to a print window and the medium is pushed out into the print window. This internal compression process differentiates screw machines designed as screw compressors from Roots blowers that work without internal compression.
Je nach gefordertem Druckverhältnis (Verhältnis Ausgangsdruck zu Eingangsdruck) sind für eine effiziente Verdichtung unterschiedliche Zähne-Zahlverhältnisse sinnvoll.Depending on the required pressure ratio (ratio of outlet pressure to inlet pressure), different tooth number ratios are useful for efficient compression.
Typische Druckverhältnisse können je nach Zähne-Zahlverhältnis zwischen 1,1 und 20 liegen, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck ist. Die Verdichtung kann ein- oder mehrstufig erfolgen. Erzielbare Enddrücke können beispielsweise im Bereich 1,1 bar bis 20 bar liegen. Soweit an dieser Stelle oder nachfolgend in der vorliegenden Anmeldung auf Druckangaben in "bar" Bezug genommen wird, so beziehen sich derartige Druckangaben jeweils auf Absolutdrücke.Depending on the number of teeth ratio, typical pressure ratios can be between 1.1 and 20, the pressure ratio being the ratio of the compression pressure to the suction pressure. The compression can take place in one or more stages. Achievable final pressures can be, for example, in the range from 1.1 bar to 20 bar. Insofar as reference is made at this point or subsequently in the present application to pressure information in “bar”, such pressure information relates in each case to absolute pressures.
Schraubenmaschinen können neben der bereits erwähnten Funktion als Vakuumpumpe oder als Schraubenexpander auf unterschiedlichen Gebieten der Technik als Verdichter eingesetzt werden. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet liegt bei der Verdichtung von Gasen, wie z.B. Luft oder inerten Gasen, (Helium, Stickstoff, ...). Es ist aber auch möglich, wenngleich dies im Speziellen baulich andere Anforderungen stellt, eine Schraubenmaschine zur Verdichtung von Kältemitteln, beispielsweise für Klimaanlagen oder Kälteanwendungen, einzusetzen. Bei der Verdichtung von Gasen gerade bei höheren Druckverhältnissen wird meist mit einer fluideingespritzten Verdichtung, insbesondere einer öleingespritzten Verdichtung gearbeitet; es ist aber auch möglich, eine Schraubenmaschine nach dem Prinzip der trockenen Verdichtung zu betreiben. Im Niederdruckbereich werden Schraubenverdichter gelegentlich auch als Schraubengebläse bezeichnet.Screw machines can be used in addition to the function already mentioned as a vacuum pump or as a screw expander in various fields of technology as a compressor. A particularly preferred field of application is the compression of gases, such as air or inert gases (helium, nitrogen, ...). However, it is also possible, although this places special structural requirements, on a screw machine for compressing refrigerants, for example for air conditioning systems or refrigeration applications. When compressing gases, especially at higher pressure ratios, a fluid-injected compression, in particular an oil-injected compression, is usually used; however, it is also possible to operate a screw machine on the principle of dry compression. In the low pressure range, screw compressors are sometimes referred to as screw blowers.
Es sind in den vergangenen Jahrzehnten beträchtliche Erfolge hinsichtlich der Herstellbarkeit, der Zuverlässigkeit, der Laufruhe sowie der Effizienz von Schraubenmaschinen erzielt worden. Verbesserungen bzw. Optimierungen beziehen sich dabei häufig auf Optimierungen des Wirkungsgrades in Abhängigkeit von Zähnezahl, Umschlingungswinkel und Längen-/Durchmesserverhältnis der Rotoren. Die Hinzunahme der Stirnschnitte in den Optimierungsprozess findet man erst in jüngster Zeit.In the past decades, considerable success has been achieved with regard to the manufacturability, reliability, smooth running and the efficiency of screw machines. Improvements or optimizations often relate to optimizations of the efficiency depending on the number of teeth, wrap angle and length / diameter ratio of the rotors. The addition of the face cuts to the optimization process has only recently been found.
Versuche haben gezeigt, dass der Stirnschnitt der Rotoren, insbesondere der Stirnschnitt des Nebenrotors, einen wesentlichen Einfluss auf die Energieeffizienz hat. Zur Einhaltung der Verzahnungsgesetze muss der Stirnschnitt des Nebenrotors seine Entsprechung im Stirnschnitt des Hauptrotors finden. Als Stirnschnitt wird hierbei das Profil des Rotors in einer zur Achse des Rotors senkrechten Ebene bezeichnet. Aus dem Stand der Technik sind mittlerweile unterschiedliche Arten der Stirnschnitterzeugung wie beispielsweise rotor- oder zahnstangenbasierte Stirnschnitt-Erzeugungsverfahren bekannt. Hat man sich für ein bestimmtes Verfahren entschieden, so wird in einem ersten Schritt ein erster Entwurfsstirnschnitt erzeugt. Dieser wird herkömmlicherweise in mehreren folgenden (Überarbeitungs-)Schritten nach verschiedenen Kriterien weiter optimiert.Tests have shown that the face cut of the rotors, especially the face cut of the secondary rotor, has a significant influence on energy efficiency. To comply with the gearing laws, the face cut of the secondary rotor must find its counterpart in the face cut of the main rotor. Here, the profile of the rotor in a plane perpendicular to the axis of the rotor is referred to as an end cut. Different types of forehead incision generation, for example rotor- or rack-based forehead incision generation methods, are now known from the prior art. Once you have decided on a certain procedure, a first design front section is created in a first step. Traditionally, this is further optimized in several subsequent (revision) steps according to various criteria.
Hierbei sind sowohl die Optimierungsziele an sich (Energieeffizienz, Laufruhe, niedrige Kosten) als auch die Tatsache, dass die Verbesserungen eines Parameters z.T. zwangsläufig zur Verschlechterung eines anderen Parameters führen, bekannt. An einer konkreten Lösung, wie ein gutes Gesamt-Optimierungsergebnis (d.h. ein Kompromiss zwischen den verschiedenen Einzelparameter-Optimierungen) erzielt werden kann, mangelt es jedoch.Both the optimization goals themselves (energy efficiency, smooth running, low costs) as well as the fact that the improvements of a parameter are partly inevitably lead to the deterioration of another parameter, known. However, there is a lack of a concrete solution on how a good overall optimization result (i.e. a compromise between the various individual parameter optimizations) can be achieved.
Beispielhaft sollen im Folgenden einige Optimierungsansätze, die im Hinblick auf eine Verbesserung der Energieeffizienz, der Laufruhe und der Kosten im Stand der Technik bekannt sind, erläutert werden. Weiterhin sollen Probleme benannt werden, die hierbei auftreten können.Some optimization approaches which are known in the prior art with regard to an improvement in energy efficiency, smooth running and costs are to be explained by way of example below. Furthermore, problems that may arise here should be named.
Die Energieeffizienz von Verdichterblöcken lässt sich in bekannter Weise vorteilhaft beeinflussen durch die Minimierung der inneren Leckagen im Verdichterblock und insbesondere durch die Verringerung der Spalte zwischen Hauptrotor und Nebenrotor. Konkret sind hier der Profilspalt und das Blasloch zu unterscheiden:
- Über den Profilspalt haben die druckseitigen Arbeitskammern direkte Verbindung zur Ansaugseite und damit eine größtmögliche Druckdifferenz für Rückströmungen.
- Aufeinanderfolgende Arbeitskammern sind über einen theoretisch nicht notwendigen Durchlass miteinander verbunden, der als Blasloch bezeichnet wird. Zum Teil wird dieser auch als Kopfrundungsöffnung bezeichnet. Dieses Blasloch ergibt sich durch die Kopfrundung der Profile, insbesondere des Profils des Nebenrotors.
Druckseitige Arbeitskammern sind über druckseitige Blaslöcher mit den jeweils benachbarten Arbeitskammern verbunden, saugseitige Arbeitskammern sind über saugseitige Blaslöcher mit den jeweils benachbarten Arbeitskammern verbunden. Soweit nicht anders angegeben ist im Folgenden der Begriff "Blasloch" als "druckseitiges Blasloch" zu verstehen.
- The pressure-side working chambers have a direct connection to the suction side via the profile gap and thus the greatest possible pressure difference for backflows.
- Successive working chambers are connected to one another via a passage that is not theoretically necessary and is called a blowhole. In some cases, this is also known as the tip rounding opening. This blow hole results from the tip rounding of the profiles, in particular the profile of the secondary rotor.
Pressure-side working chambers are connected to the adjacent working chambers via pressure-side blowholes, suction-side working chambers are connected to the respectively adjacent working chambers via suction-side blowing holes. Unless otherwise stated, the term “blow hole” is to be understood below as a “pressure-side blow hole”.
Idealerweise ist zur Minimierung der inneren Leckagen eine kurze Profilspaltlänge mit einem kleinen (druckseitigen) Blasloch zu kombinieren. Die beiden Größen verhalten sich jedoch grundsätzlich gegenläufig. D.h. je kleiner das Blasloch modelliert wird, desto größer wird zwangsläufig die Profilspaltlänge. Umgekehrt wird das Blasloch umso größer, je kürzer die Profilspaltlänge ist. Dies erläutert beispielsweise Helpertz in seiner
Die Forderung nach einer kurzen Profilspaltlänge lässt sich in bekannter Weise mit einem flach ausgeführten Profil mit entsprechend kleiner relativer Profiltiefe des Nebenrotors realisieren. Ob ein Profil eher flach (geringe Profiltiefe) oder tief (große Profiltiefe) ausgeführt ist, lässt sich dabei mit der sog. "relativen Profiltiefe des Nebenrotors" anschaulich quantifizieren, die die Differenz zwischen Kopf- und Fußkreisradius auf den Kopfkreisradius des Nebenrotors bezieht. Je größer der Wert ist, desto kompakter ist der Verdichterblock und hat beispielsweise mehr Liefermenge als ein vergleichbarer Verdichterblock bei gleichen äußeren Abmessungen.The requirement for a short profile gap length can be realized in a known manner with a flat profile with a correspondingly smaller relative profile depth of the secondary rotor. Whether a profile is rather shallow (shallow profile depth) or deep (large profile depth) can be clearly quantified using the so-called "relative profile depth of the secondary rotor", which relates the difference between the tip and root radius to the tip radius of the auxiliary rotor. ever the larger the value, the more compact the compressor block and has, for example, more delivery quantity than a comparable compressor block with the same external dimensions.
Sehr flach ausgeführte Profile weisen dementsprechend eine schlechte Bauvolumenausnutzung auf, d.h. sie führen zu großen Verdichterblöcken mit vergleichsweise hohem Materialaufwand bzw. vergleichsweise hohen Herstellkosten.Correspondingly, very flat profiles have a poor use of space, i.e. they lead to large compressor blocks with a comparatively high cost of materials or comparatively high manufacturing costs.
Druckseitige Blaslöcher dürfen wie oben beschrieben nicht zu groß ausgeführt werden, um die Rückströmung von bereits verdichtetem Medium in vorhergehende Arbeitskammern (d.h. in Arbeitskammern niedrigeren Drucks) zu minimieren. Solche Rückströmungen erhöhen den Energieaufwand für die insgesamt erzielte Fördermenge und führen zu einem unerwünschten Anstieg des Temperatur- und Druckniveaus während der Verdichtung, was insgesamt den Wirkungsgrad reduziert. Die Fläche des Blaslochs (Blaslochfläche) kann klein gehalten werden, indem die Kopfrundungen der Profile im Stirnschnitt klein ausgeführt werden. Konkret kann dies durch eine starke Krümmung im Kopfbereich der vorlaufenden Zahnflanke des Nebenrotors sowie im Kopfbereich der nachlaufenden Zahnflanke des Hauptrotors bewirkt werden. Je stärker diese Krümmung allerdings ist, desto eher gerät man in fertigungstechnische Grenzbereiche, da dies beispielsweise zu hohem Verschleiß an Profilfräsern und Profilschleifscheiben bei der Herstellung von Hauptrotor und Nebenrotor führt.Blow holes on the pressure side must not be made too large, as described above, in order to minimize the backflow of already compressed medium into previous working chambers (i.e. in working chambers of lower pressure). Such backflows increase the energy expenditure for the total delivery volume achieved and lead to an undesirable increase in the temperature and pressure level during compression, which overall reduces the efficiency. The area of the blow hole (blow hole area) can be kept small by making the head curves of the profiles small in the face cut. Specifically, this can be caused by a strong curvature in the head region of the leading tooth flank of the secondary rotor and in the head region of the trailing tooth flank of the main rotor. However, the greater this curvature, the more likely it is to reach manufacturing limits, as this leads to high wear on profile cutters and profile grinding wheels in the manufacture of the main rotor and secondary rotor.
Saugseitig große Blaslöcher wirken sich dagegen nicht negativ auf die Energieeffizienz aus, da über diese nur Arbeitskammern im Ansaugbereich bei gleichem Druck miteinander verbunden sind.Large blowholes on the suction side, on the other hand, do not have a negative impact on energy efficiency, since these only connect working chambers in the suction area at the same pressure.
Weitere Ursache für effizienzmindernde innere Leckagen ist das sogenannte Kammerzwickelvolumen, das beim Ausschub der letzten Arbeitskammer (d.h. der Arbeitskammer, in der der höchste Druck herrscht) in das Druckfenster entstehen kann. Die Arbeitskammer hat dann ab einer bestimmten Drehwinkelstellung der Rotoren keine Verbindung mehr zum Druckfenster. Es verbleibt ein sog. Kammerzwickelvolumen zwischen den beiden Rotoren und der druckseitigen Gehäusestirnwand.Another cause for efficiency-reducing internal leaks is the so-called chamber gusset volume, which can arise when the last working chamber (ie the working chamber with the highest pressure) is pushed out into the pressure window. The working chamber then no longer has a connection to the pressure window from a certain rotational angle position of the rotors. A so-called chamber gusset volume remains between the two rotors and the pressure-side housing end wall.
Dieses Kammerzwickelvolumen ist nachteilig, weil das eingeschlossene verdichtete Medium nicht mehr ins Druckfenster ausgeschoben werden kann, bei der weiteren Drehung der Rotoren noch weiter verdichtet wird, was zu unnötig hoher Leistungsaufnahme (für die Überverdichtung), einem unnötig hohen zusätzlichen Wärmeeintrag, Geräuschentwicklung und einer Reduzierung der Lebensdauer insbesondere der Wälzlager der Rotoren führt. Darüber hinaus wird die spezifische Leistung dadurch verschlechtert, dass der im Kammerzwickelvolumen eingeschlossene Anteil nach der Überverdichtung zurück zur Saugseite gelangt und somit dem Druckluft-Anwender nicht zur Verfügung steht. Bei öleingespritzten Verdichtern ist zusätzlich inkompressibles Öl in dem Kammerzwickel und wird gequetscht.This chamber gusset volume is disadvantageous because the enclosed compressed medium can no longer be pushed out into the pressure window, the further rotation of the rotors further compresses, which leads to unnecessarily high power consumption (for over-compression), an unnecessarily high additional heat input, noise and a reduction the service life of the roller bearings of the rotors in particular. In addition, the specific performance is deteriorated by the fact that the portion enclosed in the chamber gusset volume returns to the suction side after over-compression and is therefore not available to the compressed air user. In the case of oil-injected compressors, there is also incompressible oil in the chamber gusset and is squeezed.
Auf ein gutes Profil für Hauptrotor bzw. Nebenrotor haben allerdings noch weitere Eigenschaften wie beispielsweise die Laufruhe entscheidenden Einfluss.However, other properties such as smooth running have a decisive influence on a good profile for the main rotor or secondary rotor.
Neben guter Flankenschmiegung und geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen den Zahnflanken von Haupt- und Nebenrotor wirkt sich die Aufteilung des Antriebsmoments auf die beiden Rotoren maßgeblich auf die Laufruhe aus. Eine ungünstige Aufteilung führt bekannterweise häufig zu dem sog. Rotorklappern des Nebenrotors, bei dem der Nebenrotor undefinierten Flankenkontakt mit dem Hauptrotor hat, und der Nebenrotor in der Konsequenz abwechselnd Kontakt mit der vorlaufenden und mit der nachlaufenden Hauptrotor-Flanke hat. Werden die beiden Rotoren über ein Synchrongetriebe auf Abstand gehalten, so verlagert sich das o.g. Rotorklappern zwangsläufig ins Synchrongetriebe. Gute Laufruhe gewährleistet nicht nur geringe Schallemissionen des Verdichterblocks sondern sorgt beispielsweise auch für einen wenig schwingungsanfälligen Verdichterblock, eine lange Lebensdauer der Wälzlager sowie geringen Verschleiß in der Verzahnung der Rotoren.In addition to good flank-hugging and low relative speeds between the tooth flanks of the main and secondary rotors, the distribution of the drive torque between the two rotors has a major impact on smooth running. As is well known, an unfavorable division often leads to the so-called rotor rattling of the secondary rotor, in which the secondary rotor has undefined flank contact with the main rotor, and the secondary rotor consequently has alternating contact with the leading and the trailing main rotor flank. If the two rotors are kept at a distance via a synchronous gear, the above-mentioned is shifted. Rotor rattling inevitably into the synchronized gear. Smooth running not only ensures low noise emissions from the compressor block, but also ensures, for example, a compressor block that is less susceptible to vibration, a long service life of the rolling bearings and low wear in the toothing of the rotors.
Auf die Material- und Fertigungskosten von Schraubenverdichterblöcken wirken sich insbesondere die Fertigbarkeit sowie der Grad der Bauvolumenausnutzung aus.The manufacturability and the degree of utilization of the construction volume have a particular impact on the material and manufacturing costs of screw compressor blocks.
Kompakte Verdichterblöcke mit einer hohen Bauvolumenausnutzung werden durch ein großes Zahnlückenvolumen erreicht, das wiederum von der Profiltiefe und der Zahndicke abhängt.Compact compressor blocks with a high construction volume utilization are achieved by a large tooth gap volume, which in turn depends on the profile depth and the tooth thickness.
Je weiter man die relative Profitiefe erhöht, desto höhere Bauvolumenausnutzung erreicht man, desto höher ist gleichzeitig aber auch das Risiko von Problemen bei den Laufeigenschaften und der Fertigbarkeit:
- Mit zunehmender Profiltiefe werden insbesondere die Zahnprofile des Nebenrotors zwangsläufig immer dünner und demzufolge immer biegeweicher. Dies macht die Rotoren zunehmend temperaturempfindlicher und wirkt sich insgesamt betrachtet ungünstig auf die Spalte im Verdichterblock aus. Die Spalte haben erheblichen Einfluss auf die inneren Leckagen, d.h. Rückströmungen von Verdichtungskammern höheren Drucks in Richtung Saugseite, und können damit die Energieeffizienz des Verdichterblocks verschlechtern.
- Des Weiteren steigen bei biegeweichen Zähnen die Schwierigkeiten bei der Rotorfertigung.
- ∘ So steigt beispielsweise das Risiko, dass beim Profilschleifen die ohnehin schon hohen Anforderungen insbesondere an die Formtoleranzen nicht eingehalten werden können.
- ∘ Weiterhin erfordern biegeweiche Zähne geringere Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten sowohl beim Profilfräsen als auch beim anschließenden Profilschleifen und erhöhen dadurch die Bearbeitungszeit und in der Folge die Herstellkosten.
- Eine zunehmende Profiltiefe führt auch dazu, dass der Rotor an sich biegeweicher wird. Je biegeweicher die Rotoren ausgeführt sind, desto mehr nimmt die Gefahr zu, dass die Rotoren untereinander bzw. im Verdichtergehäuse anlaufen. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit auch bei hohen Temperaturen bzw. bei hohen Drücken müssen folglich die Spalte größer dimensioniert werden. Dies wirkt sich wiederrum negativ auf die Energieeffizienz des Verdichterblocks aus.
- With increasing profile depth, the tooth profiles of the secondary rotor in particular are inevitably becoming thinner and consequently increasingly flexible. This makes the rotors increasingly temperature-sensitive and, viewed overall, has an unfavorable effect on the gaps in the compressor block. The gaps have a considerable influence on the internal leakages, ie backflows from compression chambers of higher pressure towards the suction side, and can therefore impair the energy efficiency of the compressor block.
- Furthermore, the difficulty with rotor production increases with flexible teeth.
- ∘ For example, the risk increases that profile grinding, which is already very demanding, especially when it comes to shape tolerances, cannot be met.
- ∘ Furthermore, flexible teeth require lower feed and cutting speeds both for profile milling and subsequent profile grinding, thereby increasing the machining time and consequently the manufacturing costs.
- An increasing profile depth also leads to the rotor itself becoming more flexible. The more flexible the rotors are, the more the risk increases that the rotors start up against each other or in the compressor housing. To ensure operational safety even at high temperatures or at high pressures, the gaps must therefore be dimensioned larger. This in turn has a negative impact on the energy efficiency of the compressor block.
Die obigen Erläuterungen sollen zeigen, dass eine Optimierung der einzelnen Kenngrößen jeweils für sich genommen wenig zielführend ist, sondern für ein gutes Gesamtergebnis ein Kompromiss zwischen den verschiedenen (und zum Teil widersprüchlichen) Anforderungen gefunden werden muss.The above explanations are intended to show that optimization of the individual parameters is not very effective in itself, but for one good overall result a compromise between the different (and sometimes contradictory) requirements must be found.
In der Literatur werden bereits vielfach die theoretischen Berechnungsgrundlagen zur Erzeugung von Schraubenrotorprofilen behandelt und auch allgemeine Kriterien für gute Stirnschnittprofile beschrieben. Mit dem von Grafinger entwickelten Computerprogramm lassen sich beispielsweise Rotorprofile erstellen und modifizieren (
Helpertz beschäftigt sich in seiner
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine anzugeben, das bei hoher Betriebssicherheit und vertretbaren Herstellungskosten sich durch hohe Laufruhe und eine besondere Energieeffizienz auszeichnet.Accordingly, the object of the present invention is to provide a pair of rotors for a compressor block of a screw machine, which is characterized by a high level of operational reliability and reasonable manufacturing costs due to its quiet running and special energy efficiency.
Diese Aufgabe wird mit einem Rotorpaar nach den Merkmalen des Anspruchs 1, 9 oder 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Weiter wird die Aufgabe auch mit einem Verdichterblock gelöst, der ein entsprechend ausgebildetes Rotorpaar umfasst.This object is achieved with a pair of rotors according to the features of
Die Rotorgeometrie ist im Wesentlichen durch die Gestalt des Stirnschnitts sowie durch die Rotorlänge und den Umschlingungswinkel gekennzeichnet, vgl. "
In einer Stirnschnittbetrachtung weisen Nebenrotor bzw. Hauptrotor eine vorbestimmte, oftmals unterschiedliche Anzahl pro Rotor gleichartig ausgebildeter Zähne auf. Der um den durch die Achse C1 bzw. C2 gezogene äußerste Kreis über die Scheitelpunkte der Zähne wird jeweils als Kopfkreis bezeichnet. Durch die der Achse nächsten Punkte der Außenfläche der Rotoren wird im Stirnschnitt ein Fußkreis definiert. Die Rippen werden als Zähne des Rotors bezeichnet. Die Nuten (bzw. Aussparungen) werden entsprechend als Zahnlücken bezeichnet. Die Fläche des Zahns am und über dem Fußkreis definiert das Zahnprofil. Die Kontur der Rippen definiert den Verlauf des Zahnprofils. Für das Zahnprofil sind Fußpunkte F1 und F2 sowie ein Scheitelpunkt F5 definiert. Der Scheitelpunkt F5 bzw. H5 ist durch den radial äußersten Punkt des Zahnprofils definiert. Weist das Zahnprofil mehrere Punkte mit gleichem maximalem radialem Abstand vom durch die Achse C1 bzw. C2 definierten Mittelpunkt auf, folgt also das Zahnprofil an seinem radial äußeren Ende einem Kreisbogen auf dem Kopfkreis, so liegt der Scheitelpunkt F5 genau in der Mitte dieses Kreisbogens. Zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 wird eine Zahnlücke definiert.In a frontal sectional view, the secondary rotor or main rotor have a predetermined, often different number of teeth of the same design per rotor. The outermost circle around the vertices of the teeth around the C1 and C2 axes is referred to as the tip circle. A base circle is defined in the face cut by the points on the outer surface of the rotors closest to the axis. The ribs are called the teeth of the rotor. The grooves (or recesses) are referred to as tooth gaps. The area of the tooth on and above the root circle defines the tooth profile. The contour of the ribs defines the course of the tooth profile. Base points F1 and F2 and a vertex F5 are defined for the tooth profile. The apex F5 or H5 is defined by the radially outermost point of the tooth profile. If the tooth profile has several points with the same maximum radial distance from the center point defined by the axis C1 or C2, i.e. if the tooth profile follows a circular arc on the tip circle at its radially outer end, the vertex F5 lies exactly in the middle of this circular arc. A tooth gap is defined between two adjacent vertices F5.
Die radial der Achse C1 bzw. C2 nächsten Punkte zwischen einem betrachteten und dem jeweils benachbarten Zahn definieren Fußpunkte F1 und F2. Auch hier gilt für den Fall, dass mehrere Punkte der Achse C1 bzw. C2 gleich nahe kommen, also das Zahnprofil an seinem tiefsten Punkt abschnittsweise dem Fußkreis folgt, der entsprechende Fußpunkt F1 bzw. F2 dann auf der Hälfte dieses auf dem Fußkreis liegenden Kreisbogens liegt.The points radially closest to the axis C1 or C2 between a viewed tooth and the adjacent tooth define base points F1 and F2. In this case, too, if several points come close to the axis C1 or C2, i.e. the tooth profile at its lowest point follows the base circle in sections, the corresponding base point F1 or F2 then lies on half of this circular arc lying on the base circle ,
Schließlich wird durch das Ineinandergreifen von Hauptrotor und Nebenrotor sowohl für den Nebenrotor als auch für den Hauptrotor jeweils ein Wälzkreis definiert. Bei Schraubenmaschinen als auch bei Zahnrädern oder Reibrädern, gibt es stets zwei Kreise im Stirnschnitt der Verzahnung, die bei der Bewegung aneinander abrollen. Diese Kreise, auf denen im vorliegenden Fall Hauptrotor und Nebenrotor aneinander abrollen, werden als jeweilige Wälzkreise bezeichnet. Die Wälzkreisdurchmesser von Hauptrotor und Nebenrotor können mit Hilfe von Achsabstand und Zähnezahlverhältnis bestimmt werden.Finally, the meshing of the main rotor and the secondary rotor defines a rolling circle for both the secondary rotor and the main rotor. With screw machines as well as with gears or friction wheels, there are always two circles in the face section of the toothing, which roll against each other during the movement. These circles, on which the main rotor and secondary rotor roll against each other in the present case, are referred to as respective pitch circles. The pitch circle diameters of the main rotor and secondary rotor can be determined using the center distance and the number of teeth ratio.
Auf den Wälzkreisen sind die Umfangsgeschwindigkeiten von Hauptrotor und Nebenrotor identisch.The circumferential speeds of the main rotor and the secondary rotor are identical on the pitch circles.
Schließlich sind noch Zahnlückenflächen zwischen den Zähnen und dem jeweiligen Kopfkreis KK definiert, nämlich Zahnlückenfläche A6 zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors NR zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 bzw. eine Fläche A7 als Zahnlückenfläche zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2.Finally, tooth space areas between the teeth and the respective tip circle KK are defined, namely tooth space area A6 between the profile profile of the secondary rotor NR between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1, or an area A7 as tooth space area between the profile profile of the main rotor (HR) between two neighboring vertices H5 and the tip circle KK 2 .
Das Zahnprofil des Nebenrotors (aber auch des Hauptrotors) weist eine in Drehrichtung jeweils vorlaufende Zahnflanke als auch eine in Drehrichtung nachlaufende Zahnflanke auf. Beim Nebenrotor (NR) wird die vorlaufende Zahnflanke im Folgenden mit FV, die nachlaufende Zahnflanke mit FN bezeichnet.The tooth profile of the secondary rotor (but also of the main rotor) has a tooth flank leading in the direction of rotation as well as a tooth flank trailing in the direction of rotation. For the secondary rotor (NR), the leading tooth flank is referred to below as F V and the trailing tooth flank as F N.
Die nachlaufende Zahnflanke FN bildet in ihrem Abschnitt zwischen Kopfkreis und Fußkreis einen Punkt aus, in dem sich die Krümmung des Verlaufs des Zahnprofils ändert. Dieser Punkt wird im Folgenden mit F8 bezeichnet und unterteilt die nachlaufende Zahnflanke FN in einen konvex gekrümmten Anteil zwischen F8 und dem Kopfkreis und einen konkav gekrümmten Anteil zwischen dem Fußkreis und F8. Kleinteilige Profilveränderungen, etwa durch Dichtleisten oder durch andere lokale Profilumbildungen, werden bei der Betrachtung des vorstehend geschilderten Krümmungswechsels nicht berücksichtigt.The trailing tooth flank F N forms a point in its section between the tip circle and the base circle, in which the curvature of the course of the tooth profile changes. This point is referred to below as F8 and divides the trailing tooth flank F N into a convexly curved part between F8 and the tip circle and a concave curved part between the root circle and F8. Small-scale profile changes, for example due to sealing strips or other local profile changes, are not taken into account when considering the change in curvature described above.
Über den reinen Stirnschnitt hinaus sind für die dreidimensionale Ausgestaltung noch folgende Begriffe bzw. Parameter für einen Rotor, insbesondere den Nebenrotor maßgeblich: Zunächst wird ein Umschlingungswinkel Φ definiert. Dieser Umschlingungswinkel ist der Winkel, um den der Stirnschnitt von der saugseitigen zur druckseitigen Rotorstirnfläche verdreht ist, vgl. hierzu auch die näheren Erläuterungen im Zusammenhang mit
Der Hauptrotor weist eine Rotorlänge LHR auf, die als Abstand einer saugseitigen Hauptrotor-Rotorstirnfläche zu einer druckseitigen Hauptrotor-Rotorstirnfläche definiert ist. Der Abstand der parallel zueinander verlaufenden ersten Achse C1 des Nebenrotors zur zweiten Achse C2 des Hauptrotors wird im Folgenden als Achsabstand a bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in den meisten Fällen die Länge des Hauptrotors LHR der Länge des Nebenrotors LNR entspricht, wobei auch beim Nebenrotor die Länge als Abstand einer saugseitigen Nebenrotor-Rotorstirnfläche zu einer druckseitigen Nebenrotor-Rotorstirnfläche verstanden wird. Schließlich wird ein Rotorlängenverhältnis LHR/a definiert, also ein Verhältnis der Rotorlänge des Hauptrotors zum Achsabstand. Das Verhältnis LHR/a ist insofern ein Maß für die axiale Dimensionierung des Rotorprofils.The main rotor has a rotor length L HR , which is defined as the distance between a suction-side main rotor rotor end face and a pressure-side main rotor rotor end face. The distance between the first axis C1 of the secondary rotor running parallel to one another and the second axis C2 of the main rotor is referred to below as the center distance a. It is pointed out that in most cases the length of the main rotor L HR corresponds to the length of the secondary rotor L NR , the length of the secondary rotor also being understood as the distance from a suction-side secondary rotor rotor end face to a pressure-side secondary rotor rotor end face. Finally, a rotor length ratio L HR / a is defined, that is, a ratio of the rotor length of the main rotor to the center distance. The ratio L HR / a is therefore a measure of the axial dimensioning of the rotor profile.
Die Eingriffslinie bzw. der Profilspalt entstehen durch das Zusammenwirken von Hauptrotor und Nebenrotor miteinander. Dabei ergibt sich die Eingriffslinie wie folgt: Die Zahnflanken von Hauptrotor und Nebenrotor berühren einander bei spielfreier Verzahnung abhängig von der Drehwinkelstellung der Rotoren in bestimmten Punkten. Diese Punkte werden als Eingriffspunkte bezeichnet. Der geometrische Ort aller Eingriffspunkte heißt Eingriffslinie und lässt sich bereits anhand des Stirnschnitts der Rotoren im Zweidimensionalen berechnen, vgl.
Die Eingriffslinie wird in der Stirnschnittbetrachtung durch die Verbindungslinie zwischen den beiden Mittelpunkten C1 und C2 in zwei Abschnitte geteilt, und zwar in einen (vergleichsweise kurzen) saugseitigen und einen (vergleichsweise langen) druckseitigen Abschnitt.The line of engagement is divided into two sections in the forehead section view by the connecting line between the two center points C1 and C2, namely into a (comparatively short) suction-side and a (comparatively long) pressure-side section.
Bei zusätzlicher Angabe des Umschlingungswinkels und der Rotorlänge (= Abstand zwischen der saugseitigen Stirnfläche und der druckseitigen Stirnfläche) lässt sich die Eingriffslinie auch dreidimensional erweitern und entspricht der Berührlinie von Hauptrotor und Nebenrotor. Die axiale Projektion der dreidimensionalen Eingriffslinie auf die Stirnschnittebene ergibt wiederum die anhand von
Der Profileingriffsspalt ist wie folgt definiert: Im realen Verdichterblock einer Schraubenmaschine ist bei Einbauachsabstand von Hauptrotor und Nebenrotor Spiel zwischen beiden Rotoren vorhanden. Der Spalt zwischen Hauptrotor und Nebenrotor wird als Profileingriffsspalt bezeichnet und ist der geometrische Ort aller Punkt, in denen sich die beiden gepaarten Rotoren gegenseitig berühren oder den geringsten Abstand zueinander haben. Durch den Profileingriffsspalt stehen die verdichtenden sowie die ausschiebenden Arbeitskammern in Verbindung zu Kammern, die noch Kontakt zur Saugseite haben. Am Profileingriffsspalt liegt somit das gesamte maximale Druckverhältnis an. Durch den Profileingriffsspalt wird bereits verdichtetes Arbeitsfluid wieder zur Saugseite zurücktransportiert und reduziert damit die Effizienz der Verdichtung. Da es sich beim Profileingriffsspalt bei spielfreier Verzahnung um die Eingriffslinie handeln würde, wird der Profileingriffsspalt auch als "Quasi-Eingriffslinie" bezeichnet.The profile engagement gap is defined as follows: In the real compressor block of a screw machine, there is play between the two rotors when there is a clearance between the main rotor and the secondary rotor. The gap between the main rotor and the secondary rotor is called the profile engagement gap and is the geometrical location of all points at which the two paired rotors touch each other or are at the smallest distance from each other. Due to the profile engagement gap, the compressing and extending working chambers are connected to chambers that are still in contact with the suction side. The entire maximum pressure ratio is thus present at the profile engagement gap. Working fluid that has already been compressed is transported back to the suction side through the profile engagement gap and thus reduces the efficiency of the compression. Since the profile engagement gap would be the line of engagement with play-free toothing, the profile engagement gap is also referred to as a "quasi-line of engagement".
Blaslöcher zwischen Arbeitskammern entstehen durch Kopfrundungen der Zähne des Profils. Über Blaslöcher sind die Arbeitskammern mit vorlaufenden und nachfolgenden Arbeitskammern verbunden, so dass (im Gegensatz zum Profileingriffsspalt) an einem Blasloch nur die Druckdifferenz von einer Arbeitskammer zur nächsten Arbeitskammer anliegt.Blowholes between working chambers are caused by rounded corners of the teeth of the profile. The working chambers with leading and connected downstream working chambers, so that (in contrast to the profile engagement gap) at a blow hole only the pressure difference from one working chamber to the next working chamber is present.
Weiterhin sind bekanntermaßen bei Schraubenmaschinen bestimmte Zahnpaarungen üblich, beispielsweise ein Rotorpaar, bei dem der Hauptrotor 3 und der Nebenrotor 4 Zähne oder eine Rotorpaarung, bei dem der Hauptrotor 4 Zähne und der Nebenrotor 5 Zähne oder weiterhin eine Rotorpaargeometrie, bei dem der Hauptrotor 5 Zähne und der Nebenrotor 6 Zähne aufweist. Für unterschiedliche Anwendungsgebiete bzw. Einsatzzwecke kommen unter Umständen Rotorpaare bzw. Schraubenmaschinen mit unterschiedlichem Zähne-Zahlverhältnis zum Einsatz. Beispielsweise gelten Rotorpaaranordnungen mit einem Zähne-Zahlenverhältnis 4 / 5 (Hauptrotor mit 4 Zähnen, Nebenrotor mit 5 Zähnen) als geeignete Paarung für öleingespritzte Verdichtungsanwendungen in moderaten Druckbereichen.Furthermore, it is known that certain tooth pairings are common in screw machines, for example a rotor pair in which the
Insofern gibt die Zähne-Zahl bzw. das Zähne-Zahlverhältnis unterschiedliche Typen von Rotorpaarungen und daraus resultierend auch unterschiedliche Typen von Schraubenmaschinen, insbesondere Schraubenverdichtern, vor.In this respect, the number of teeth or the number of teeth ratio specifies different types of rotor pairings and, as a result, also different types of screw machines, in particular screw compressors.
Für eine Schraubenmaschine bzw. ein Rotorpaar mit 3 Zähnen beim Hauptrotor und 4 Zähnen beim Nebenrotor wird eine Geometrie mit folgenden Vorgaben beansprucht, die als besonders energieeffizient anzusehen ist:
Es wird eine relative Profiltiefe des Nebenrotors ausgebildet mit
A relative profile depth of the secondary rotor is formed with
Für eine Schraubenmaschine bzw. ein Rotorpaar mit vier Zähnen beim Hauptrotor und fünf Zähnen beim Nebenrotor wird eine Geometrie mit folgenden Vorgaben beansprucht, die als besonders energieeffizient anzusehen ist: Es wird eine relative Profiltiefe des Nebenrotors ausgebildet mit
Für eine Schraubenmaschine bzw. ein Rotorpaar mit fünf Zähnen beim Hauptrotor und sechs Zähnen beim Nebenrotor wird eine Geometrie mit folgenden Vorgaben beansprucht, die als besonders energieeffizient anzusehen ist:
Es wird eine relative Profiltiefe des Nebenrotors ausgebildet mit
A relative profile depth of the secondary rotor is formed with
Liegen die Werte für die relative Profiltiefe einerseits und dem Verhältnis von Achsabstand zum Kopfkreisradius des Nebenrotors andererseits für die angegebenen Zähne-Zahlverhältnisse jeweils in den angegebenen vorteilhaften Bereichen, so werden dadurch die Grundvoraussetzungen für ein gutes Nebenrotorprofil bzw. ein gutes Zusammenwirken von Nebenrotorprofil und Hauptrotorprofil geschaffen, insbesondere wird hierdurch ein besonders günstiges Verhältnis von Blaslochfläche zu Profilspaltlänge ermöglicht. Hinsichtlich der ausschlaggebenden Parameter wird für alle angesprochenen Zähnezahl-Verhältnisse ergänzend auf die Veranschaulichung in
Insofern besteht ein Zusammenhang mit dem Verhältnis von
Die angegebenen Werte für das Rotorlängenverhältnis LHR/a sowie den Umschlingungswinkel ΦHR stellen für das jeweils angegebene Zähne-Zahlverhältnis vorteilhafte bzw. zweckmäßige Werte dar, um in der axialen Dimension eine vorteilhafte Rotorpaarung festzulegen.The specified values for the rotor length ratio L HR / a and the wrap angle Φ HR represent advantageous or expedient values for the respectively specified number of teeth ratio in order to determine an advantageous rotor pairing in the axial dimension.
Nachstehend werden bevorzugte Ausgestaltungen für ein Rotorpaar mit Zähne-Zahlverhältnis 3 / 4, also für ein Rotorpaar, bei dem der Hauptrotor 3 Zähne und der Nebenrotor 4 Zähne aufweist, dargelegt:
Eine erste bevorzugte Ausgestaltungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt durch die Achse C1 gegeben ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert r25 = rf1 + 0,25 ∗ (rk1 - rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert r50 = rf1 + 0,5 ∗ (rk1 - rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert r75 = rf1 + 0,75 ∗ (rk1 - rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt werden, wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert sind und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,65 ≤ ε1 < 1,0 und/oder 0,50 ≤ ε2 ≤ 0,85, bevorzugt 0,80 ≤ ε1 < 1,0 und/oder 0,50 ≤ ε2 ≤ 0,79.Preferred configurations for a pair of rotors with a number-of-teeth ratio of 3/4 are set out below, that is to say for a pair of rotors in which the main rotor has 3 teeth and the
A first preferred embodiment provides that circular arcs B 25 , B 50 , B 75 , the common center of which is given by the axis C1, are defined in a frontal section view within a secondary rotor tooth, the radius r 25 of B 25 being the value r 25 = rf 1 + 0.25 ∗ (rk 1 - rf 1 ), the radius r 50 of B 50 has the value r 50 = rf 1 + 0.5 ∗ (rk 1 - rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value r 75 = rf 1 + 0.75 ∗ (rk 1 - rf 1 ), and the arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N , where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b 75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed :
0.65 ≤ ε 1 <1.0 and / or 0.50 ≤ ε 2 ≤ 0.85, preferably 0.80 ≤ ε 1 <1.0 and / or 0.50 ≤ ε 2 ≤ 0.79.
Ziel ist es, ein kleines Blasloch mit kurzer Länge des Profileingriffsspalts zu kombinieren. Die beiden Parameter verhalten sich jedoch gegenläufig, d.h. je kleiner das Blasloch modelliert wird, desto größer wird zwangsläufig die Länge des Profileingriffsspalts. Umgekehrt wird das Blasloch umso größer, je kürzer die Länge des Profileingriffsspalts ist. In den beanspruchten Bereichen wird eine besonders günstige Kombination der beiden Parameter erzielt. Gleichzeitig wird eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit des Nebenrotors gewährleistet. Darüber hinaus stellen sich auch Vorteile, was den Kammerausschub anbelangt, und beim Nebenrotor-Drehmoment ein. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors Fußpunkte F1 und F2 am Fußkreis und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und wobei 8 ≤ A2/A1 ≤ 60 eingehalten ist.A further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor, base points F1 and F2 at the base circle and at the radially outermost point of the tooth define an apex F5, F1, F2 and F5 a triangle D Z is defined and wherein in a radially outer area the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 over the triangle D Z survives and 8 ≤ A2 / A1 ≤ 60 is observed.
Die Zahnteilfläche A1 an der vorlaufenden Zahnflanke FV des Nebenrotors hat wesentlichen Einfluss auf die Blaslochfläche. Die Zahnteilfläche A2 an der nachlaufenden Zahnflanke FN des Nebenrotors hat hingegen wesentlichen Einfluss auf die Länge des Profileingriffsspalts, den Kammerausschub sowie das Nebenrotordrehmoment. Für das Zahnteilflächenverhältnis A2/A1 gibt es einen vorteilhaften Bereich, der einen guten Kompromiss zwischen Länge des Profileingriffsspalts einerseits und Blasloch andererseits ermöglicht. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Rotorpaar einen Nebenrotor auf, bei dem in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 7,0 ≤ A3/A1 ≤ 35 eingehalten ist. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Weiterhin wird es bezüglich der Gestaltung des Nebenrotors als vorteilhaft angesehen, wenn in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht, wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und wobei 0,5 % ≤ A1/A0 ≤ 4,5 % eingehalten ist. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors (NR) definiert, wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist, wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet, wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und wobei 14 % ≤ δ ≤ 25 % eingehalten ist, mit
Zunächst wird nochmals klargestellt, dass der Versatzwinkel bevorzugtermaßen stets positiv ist, also stets der Versatz in Richtung auf die Rotationsrichtung gegeben ist und nicht entgegen. Der Zahn des Nebenrotors ist insofern zur Rotationsrichtung des Nebenrotors hin gekrümmt. Allerdings sollte der Versatz sich in dem als vorteilhaft angegebenen Bereich halten, um einen günstigen Kompromiss zwischen der Blaslochfläche, der Form der Eingriffslinie, der Länge und der Form des Profileingriffsspalts, dem Nebenrotordrehmoment, der Biegesteifigkeit der Rotoren sowie dem Kammerausschub ins Druckfenster zu ermöglichen. Hinsichtlich einer Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auf
Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen F1 und F5 ausgebildete nachlaufende Zahnflanke FN eines Zahns des Nebenrotors (NR) einen konvexen Längenanteil von mindestens 45 % bis höchstens 95 % aufweist.It is considered advantageous if the trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR), formed between F1 and F5, has a convex length fraction of at least 45% to at most 95% in a frontal section examination.
Der mit dem Bereich festgelegte, relative lange konvexe Längenanteil der nachlaufenden Zahnflanke FN eines Zahn des Nebenrotors erlaubt einen guten Kompromiss zwischen Länge des Profileingriffsspalts, Kammerausschub, Nebenrotordrehmoment einerseits und Biegesteifigkeit des Nebenrotors andererseits. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf
Bevorzugtermaßen ist der Nebenrotor derart ausgestaltet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung der von der Achse C1 des Nebenrotors (NR) durch F5 gezogene Radialstrahl R das Zahnprofil in einen der vorlaufenden Zahnflanke FV zugeordneten Flächenanteil A5 und einen der nachlaufenden Zahnflanke FN zugeordneten Flächenanteil A4 teilt und wobei
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 290° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 320° ≤ ΦHR ≤ 360°.Another preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 290 ° ≤ Φ HR 360 360 °, preferably 320 ° Φ Φ HR ≤ 360 °.
Mit zunehmendem Umschlingungswinkel kann bei gleichem eingebautem Volumenverhältnis die Druckfensterfläche größer gestaltet werden. Zusätzlich verkürzt sich dadurch auch die axiale Erstreckung der auszuschiebenden Arbeitskammer, die sog. Profiltaschentiefe. Dies reduziert insbesondere bei größeren Drehzahlen die Ausschiebedrosselverluste und ermöglicht damit eine bessere spezifische Leistung. Ein zu großer Umschlingungswinkel wirkt sich allerdings wiederum nachteilig auf das Bauvolumen aus und führt zu größeren Rotoren.With increasing wrap angle, the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. This also shortens the axial extension of the working chamber to be pushed out, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
Darüber hinaus ist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Rotorpaar vorgesehen, das derart ausgebildet ist und miteinander zusammenwirkt, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,02 % und höchstens 0,4 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,25 % beträgt,
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors (NR) bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und den Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen.In addition, it is provided in an advantageous embodiment of a rotor pair, which is constructed and cooperates with each other, that a Blaslochfaktor μ Bl at least 0.02% and at most 0.4%, more preferably masses, is at most 0.25%,
in which
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor (NR) or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile course of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
Während die absolute Größe des druckseitigen Blaslochs alleine noch keine sinnvolle Aussage über die Wirkung auf die Leckmassenströme ermöglicht, ist ein Verhältnis von absoluter druckseitiger Blaslochfläche ABl zur Summe aus der Zahnlückenfläche A6 des Nebenrotors sowie der Zahnlückenfläche A7 des Hauptrotors wesentlich aussagekräftiger. Hinsichtlich der weiteren Veranschaulichung der Parameter wird hierbei ergänzend auch auf
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist ein Rotorpaar derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl ∗ µBl
und
and
µl bezeichnet einen Profilspaltlängenfaktor, wobei die Länge des Profileingriffsspalts einer Zahnlücke ins Verhältnis zur Profiltiefe PT1 gesetzt wird. Damit lässt sich ein Maß für die Länge des Profileingriffspalts festlegen unabhängig von der Baugröße der Schraubenmaschine. Je kleiner der Zahlenwert der Kennzahl µl ist, umso kürzer ist bei gleicher Profiltiefe der Profilspalt einer Zahnteilung und damit umso geringer der Leckvolumenstrom zurück auf die Saugseite. Aus dem Faktor µl ∗ µBl ergibt sich das Ziel, ein kleines druckseitiges Blasloch mit einem kurzen Profilspalt zu kombinieren. Die beiden Kennzahlen verhalten sich, wie bereits erwähnt, jedoch gegenläufig.µ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This allows a measure to be made of the length of the profile engagement gap regardless of the size of the screw machine. The smaller the numerical value of the key figure µ l , the shorter the profile gap of a tooth pitch with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side. The factor µ l ∗ µ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
Es wird darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis Π von bis zu 3, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1 und bis zu 3, erzielbar ist, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck bezeichnet.It is also considered advantageous if the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio Druck of up to 3, in particular with a pressure ratio Π of greater than 1 and up to 3 , can be achieved, the pressure ratio denoting the ratio of the discharge pressure to the intake pressure.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform sieht ein Rotorpaar vor, derart, dass der Hauptrotor (HR) bezogen auf einen Kopfkreis KK2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 100 m/s betreibbar ausgebildet ist.A further preferred embodiment provides a pair of rotors such that the main rotor (HR) is designed to be operable with a circumferential speed in a range from 20 to 100 m / s in relation to a tip circle KK 2 .
Eine weitere Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis
Nachstehend werden bevorzugte Ausgestaltungen für ein Rotorpaar mit Zähne-Zahlverhältnis 4/5, also für ein Rotorpaar, bei dem der Hauptrotor vier Zähne und der Nebenrotor fünf Zähne aufweist, dargelegt:
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt durch die Achse C1 gegeben ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert r25 = rf1 + 0,25 ∗ (rk1 - rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert r50 = rf1 + 0,5 ∗ (rk1 - rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert r75 = rf1 + 0,75 ∗ (rk1 - rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt werden, und wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert werden und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,75 ≤ ε1 ≤ 0,85 und/oder 0,65 ≤ ε2 ≤ 0,74.Preferred configurations for a pair of rotors with a number of teeth ratio of 4/5, that is to say for a pair of rotors in which the main rotor has four teeth and the secondary rotor five teeth, are set out below:
A further preferred embodiment provides that in an end section observation circular arcs B 25 , B 50 , running within a secondary rotor tooth, B 75 , whose common center is given by axis C1, are defined, the radius r 25 of B 25 having the value r 25 = rf 1 + 0.25 ∗ (rk 1 - rf 1 ), the radius r 50 of B 50 has the value r 50 = rf 1 + 0.5 ∗ (rk 1 - rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value r 75 = rf 1 + 0.75 ∗ (rk 1 - rf 1 ) , and wherein the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N , and wherein tooth thickness ratios as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b 75 of the circular arches B 25 , B 50 , B 75 can be defined with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed:
0.75 ≤ ε 1 ≤ 0.85 and / or 0.65 ≤ ε 2 ≤ 0.74.
Ziel ist es, ein kleines Blasloch mit kurzer Länge des Profileingriffsspalts zu kombinieren. Die beiden Parameter verhalten sich jedoch gegenläufig, d.h. je kleiner das Blasloch modelliert wird, desto größer wird zwangsläufig die Länge des Profileingriffsspalts. Umgekehrt wird das Blasloch umso größer, je kürzer die Länge des Profileingriffsspalts ist. In den beanspruchten Bereichen wird eine besonders günstige Kombination der beiden Parameter erzielt. Gleichzeitig wird eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit des Nebenrotors gewährleistet. Darüber hinaus stellen sich auch Vorteile, was den Kammerausschub anbelangt, und beim Nebenrotor-Drehmoment ein. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 am Fußkreis und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und wobei 6 ≤ A2/A1 ≤ 15 eingehalten ist.A further preferred embodiment provides that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 are defined at the base circle and at the radially outermost point of the tooth, wherein a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a Surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and 6 ≤ A2 / A1 ≤ 15 is observed.
Die Zahnteilfläche A1 an der vorlaufenden Zahnflanke FV des Nebenrotors hat wesentlichen Einfluss auf die Blaslochfläche. Die Zahnteilfläche A2 an der nachlaufenden Zahnflanke FN des Nebenrotors hat hingegen wesentlichen Einfluss auf die Länge des Profileingriffsspalts, den Kammerausschub sowie das Nebenrotordrehmoment. Für das Zahnteilflächenverhältnis A2/A1 gibt es einen vorteilhaften Bereich, der einen guten Kompromiss zwischen Länge des Profileingriffsspalts einerseits und Blasloch andererseits ermöglicht. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf
In einer weiteren Ausführungsform weist das Rotorpaar einen Nebenrotor auf, bei dem in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 9,0 ≤ A3/A1 ≤ 18 eingehalten ist. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Weiterhin wird es bezüglich der Gestaltung des Nebenrotors als vorteilhaft angesehen, wenn in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht, wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und wobei 1,5 % ≤ A1/A0 ≤ 3,5 % eingehalten ist.Furthermore, with regard to the design of the secondary rotor, it is considered to be advantageous if, in a frontal section view, a base point F5 is defined between the tooth of the secondary rotor (NR) and the adjacent tooth of the secondary rotor (NR) in each case and at the radially outermost point of the tooth a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1, the tooth itself being a has the cross-sectional area A0 bounded by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and 1.5% ≤ A1 /
Hinsichtlich der Festlegung der Parameter wird auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors NR definiert, wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist, wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet, wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und wobei
Zunächst wird nochmals klargestellt, dass der Versatzwinkel bevorzugtermaßen stets positiv ist, also stets der Versatz in Richtung auf die Rotationsrichtung gegeben ist und nicht entgegen. Der Zahn des Nebenrotors ist insofern zur Rotationsrichtung des Nebenrotors hin gekrümmt. Allerdings sollte der Versatz sich in dem als vorteilhaft angegebenen Bereich halten, um einen günstigen Kompromiss zwischen der Blaslochfläche, der Form der Eingriffslinie, der Länge und Form des Profileingriffsspalts, dem Nebenrotordrehmoment, der Biegesteifigkeit der Rotoren sowie dem Kammerausschub ins Druckfenster zu ermöglichen. Hinsichtlich einer Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auf
Es wird weiterhin als vorteilhaft angesehen, wenn in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen F1 und F5 ausgebildete nachlaufende Zahnflanke FN eines Zahns des Nebenrotors (NR) einen konvexen Längenanteil von mindestens 55 % bis höchstens 95 % aufweist.It is furthermore considered to be advantageous if the trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR) formed between F1 and F5 has a convex length fraction of at least 55% to at most 95% in a frontal section examination.
Der mit dem Bereich festgelegte, relative lange konvexe Längenanteil der nachlaufenden Zahnflanke FN eines Zahn des Nebenrotors erlaubt einen guten Kompromiss zwischen Länge des Profileingriffsspalts, Kammerausschub, Nebenrotordrehmoment einerseits und Biegesteifigkeit des Nebenrotors andererseits. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf
Bevorzugtermaßen ist der Nebenrotor so ausgestaltet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung der von der Achse C1 des Nebenrotors (NR) durch F5 gezogene Radialstrahl R das Zahnprofil in einen der vorlaufenden Zahnflanke FV zugeordneten Flächenanteil A5 und einen der nachlaufenden Zahnflanke FN zugeordneten Flächenanteil A4 teilt und wobei
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 320° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 330° ≤ ΦHR ≤ 360°.A further preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 320 ° Φ Φ HR 360 360 °, preferably 330 ° Φ Φ HR 360 360 °.
Mit zunehmendem Umschlingungswinkel kann bei gleichem eingebautem Volumenverhältnis die Druckfensterfläche größer gestaltet werden. Zusätzlich verkürzt sich dadurch auch die axiale Erstreckung der auszuschiebenden Arbeitskammer, die sog. Profiltaschentiefe. Dies reduziert insbesondere bei größeren Drehzahlen die Ausschiebedrosselverluste und ermöglicht damit eine bessere spezifische Leistung. Ein zu großer Umschlingungswinkel wirkt sich allerdings wiederum nachteilig auf das Bauvolumen aus und führt zu größeren Rotoren.With increasing wrap angle, the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. This also shortens the axial extension of the working chamber to be pushed out, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
Darüber hinaus ist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Rotorpaar vorgesehen, das derart ausgebildet ist und miteinander zusammenwirkt, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,02 % und höchstens 0,4 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,25 % beträgt,
eingehalten ist, wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors NR bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen.In addition, it is provided in an advantageous embodiment of a rotor pair, which is constructed and cooperates with each other, that a Blaslochfaktor μ Bl at least 0.02% and at most 0.4%, more preferably masses, is at most 0.25%,
is complied with
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor NR or of the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the Profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
Während die absolute Größe des druckseitigen Blaslochs alleine noch keine sinnvolle Aussage über die Wirkung auf die Leckmassenströme ermöglicht, ist ein Verhältnis von absoluter druckseitiger Blaslochfläche ABl zur Summe aus der Zahnlückenfläche A6 des Nebenrotors sowie der Zahnlückenfläche A7 des Hauptrotors wesentlich aussagekräftiger. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird hierbei ergänzend auch auf
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist ein Rotorpaar derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl ∗ µBl
und
and
µl bezeichnet einen Profilspaltlängenfaktor, wobei die Länge des Profileingriffsspalts einer Zahnlücke ins Verhältnis zur Profiltiefe PT1 gesetzt wird. Damit lässt sich ein Maß für die Länge des Profileingriffspalts festlegen unabhängig von der Baugröße der Schraubenmaschine. Je kleiner der Zahlenwert der Kennzahl µl ist, umso kürzer ist bei gleicher Profiltiefe der Profilspalt und damit umso geringer der Leckvolumenstrom zurück auf die Saugseite. Aus dem Faktor µl ∗ µBl ergibt sich das Ziel, ein kleines druckseitiges Blasloch mit einem kurzen Profilspalt zu kombinieren. Die beiden Kennzahlen verhalten sich, wie bereits erwähnt, jedoch gegenläufig.µ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This means that a measure of the length of the profile engagement gap can be defined regardless of the size of the screw machine. The smaller the numerical value of the key figure µ l , the shorter the profile gap with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side. The factor µ l ∗ µ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
Es wird darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis von bis zu 5, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1 und bis zu 5, oder alternativ eine fluideingespritzte Verdichtung mit einem Druckverhältnis von bis zu 16, insbesondere mit einem Druckverhältnis größer 1 und bis zu 16, erzielbar ist, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck bezeichnet.It is also considered advantageous if the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio of up to 5, in particular with a pressure ratio größer greater than 1 and up to 5, or alternatively, a fluid-injected compression with a pressure ratio of up to 16, in particular with a pressure ratio greater than 1 and up to 16, can be achieved, the pressure ratio denoting the ratio of the compression pressure to the intake pressure.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform sieht ein Rotorpaar vor, derart, dass im Fall einer trockenen Verdichtung der Hauptrotor bezogen auf einen Kopfkreis KK2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 100 m/s und im Fall einer fluideingespritzten Verdichtung der Hauptrotor mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 50 m/s betreibbar ausgebildet ist.A further preferred embodiment provides a pair of rotors such that in the case of dry compression the main rotor with respect to a tip circle KK 2 with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s and in the case of fluid-injected compression the main rotor with a peripheral speed in is operable in a range of 5 to 50 m / s.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis
Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen für ein Rotorpaar mit Zähne-Zahlverhältnis 5/6, also für ein Rotorpaar, bei dem der Hauptrotor fünf Zähne und der Nebenrotor sechs Zähne aufweist, dargelegt:
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt durch die Achse C1 gegeben ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert r25 = rf1 + 0,25 ∗ (rk1 - rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert r50 = rf1 + 0,5 ∗ (rk1 - rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert r75 = rf1 + 0,75 ∗ (rk1 - rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt werden, wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert werden und folgende Bemessung eingehalten ist: 0,76 ≤ ε1 ≤ 0,86 und/oder 0,62 ≤ ε2 ≤ 0,72.Preferred configurations for a pair of rotors with a number of teeth ratio of 5/6, that is to say for a pair of rotors in which the main rotor has five teeth and the secondary rotor six teeth, are set out below:
A further preferred embodiment provides that circular arcs B 25 , B 50 , B 75 , the common center of which is given by the axis C1, are defined in a frontal section view within a secondary rotor tooth, the radius r 25 of B 25 being the value r 25 = rf 1 + 0.25 ∗ (rk 1 - rf 1 ), the radius r 50 of B 50 has the value r 50 = rf 1 + 0.5 ∗ (rk 1 - rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value r 75 = rf 1 + 0.75 ∗ (rk 1 - rf 1 ), and the arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N , where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b 75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed : 0.76 ≤ ε 1 ≤ 0.86 and / or 0.62 ≤ ε 2 ≤ 0.72.
Ziel ist es, ein kleines Blasloch mit kurzer Länge des Profileingriffsspalts zu kombinieren. Die beiden Parameter verhalten sich jedoch gegenläufig, d.h. je kleiner das Blasloch modelliert wird, desto größer wird zwangsläufig die Länge des Profileingriffsspalts. Umgekehrt wird das Blasloch umso größer, je kürzer die Länge des Profileingriffsspalts ist. In den beanspruchten Bereichen wird eine besonders günstige Kombination der beiden Parameter erzielt. Gleichzeitig wird eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit des Nebenrotors gewährleistet. Darüber hinaus stellen sich auch Vorteile, was den Kammerausschub anbelangt, und beim Nebenrotor-Drehmoment ein. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 am Fußkreis und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und wobei 4 ≤ A2/A1 ≤ 7 eingehalten ist.A further preferred embodiment provides that in an end-sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 at the base circle and at the radially outermost point of the tooth have an apex F5 are defined, wherein a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and in a radially outer area the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank formed between F1 and F5 F N with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and 4 ≤ A2 / A1 ≤ 7 is observed.
Die Zahnteilfläche A1 an der vorlaufenden Zahnflanke FV des Nebenrotors hat wesentlichen Einfluss auf die Blaslochfläche. Die Zahnteilfläche A2 an der nachlaufenden Zahnflanke FN des Nebenrotors hat hingegen wesentlichen Einfluss auf die Länge des Profileingriffsspalts, den Kammerausschub sowie das Nebenrotordrehmoment. Für das Zahnteilflächenverhältnis A2/A1 gibt es einen vorteilhaften Bereich, der einen guten Kompromiss zwischen Länge des Profileingriffsspalts einerseits und Blasloch andererseits ermöglicht. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auf
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Rotorpaar einen Nebenrotor auf, bei dem in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 8 ≤ A3/A1 ≤ 14 eingehalten ist. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Weiterhin wird es bezüglich der Gestaltung des Nebenrotors als vorteilhaft angesehen, wenn in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht, wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und wobei 1,9 % ≤ A1/A0 ≤ 3,2 % eingehalten ist. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auch auf die
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind, wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors NR definiert, wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist, wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet, wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und wobei
Zunächst wird nochmals klargestellt, dass der Versatzwinkel bevorzugtermaßen stets positiv ist, also stets der Versatz in Richtung auf die Rotationsrichtung gegeben ist und nicht entgegen. Der Zahn des Nebenrotors ist insofern zur Rotationsrichtung des Nebenrotors hin gekrümmt. Allerdings sollte der Versatz sich in dem als vorteilhaft angegebenen Bereich halten, um einen günstigen Kompromiss zwischen der Blaslochfläche, der Form der Eingriffslinie, der Profilspaltlänge und -form, dem Nebenrotordrehmoment, der Biegesteifigkeit der Rotoren sowie dem Kammerausschub ins Druckfenster zu ermöglichen. Hinsichtlich einer Veranschaulichung der Parameter wird ergänzend auf
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 320° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 330° ≤ ΦHR ≤ 360°.Mit zunehmendem Umschlingungswinkel kann bei gleichem eingebautem Volumenverhältnis die Druckfensterfläche größer gestaltet werden. Zusätzlich verkürzt sich dadurch auch die axiale Erstreckung der auszuschiebenden Arbeitskammer, die sog. Profiltaschentiefe. Dies reduziert insbesondere bei größeren Drehzahlen die Ausschiebedrosselverluste und ermöglicht damit eine bessere spezifische Leistung. Ein zu großer Umschlingungswinkel wirkt sich allerdings wiederum nachteilig auf das Bauvolumen aus und führt zu größeren Rotoren.Another preferred embodiment has a pair of rotors, which is characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 320 ° ≤ Φ HR 360 360 °, preferably 330 ° Φ Φ HR ≤ 360 ° increasing wrap angle, the print window area can be made larger with the same built-in volume ratio. In addition, this shortens the axial extension of the ones to be pushed out Working chamber, the so-called profile pocket depth. This reduces the throttling throttle losses, especially at higher speeds, and thus enables better specific performance. If the wrap angle is too large, however, this in turn adversely affects the construction volume and leads to larger rotors.
Darüber hinaus ist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Rotorpaar vorgesehen, das derart ausgebildet ist und miteinander zusammenwirkt, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,03 % und höchstens 0,25 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,2 % beträgt,
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors NR bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen.In addition, it is provided in an advantageous embodiment of a rotor pair, which is constructed and cooperates with each other, that a Blaslochfaktor μ Bl at least 0.03% and at most 0.25%, more preferably at most 0.2% or less by weight,
in which
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor NR or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view denote the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
Während die absolute Größe des druckseitigen Blaslochs alleine noch keine sinnvolle Aussage über die Wirkung auf die Leckmassenströme ermöglicht, ist ein Verhältnis von absoluter druckseitiger Blaslochfläche ABl zur Summe aus der Zahnlückenfläche A6 des Nebenrotors sowie der Zahnlückenfläche A7 des Hauptrotors wesentlich aussagekräftiger. Hinsichtlich der Veranschaulichung der Parameter wird hierbei ergänzend auch auf
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist ein Rotorpaar derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl ∗ µBl
und
and
µl bezeichnet einen Profilspaltlängenfaktor, wobei die Länge des Profileingriffsspalts einer Zahnlücke ins Verhältnis zur Profiltiefe PT1 gesetzt wird. Damit lässt sich ein Maß für die Länge des Profileingriffspalts festlegen unabhängig von der Baugröße der Schraubenmaschine. Je kleiner der Zahlenwert der Kennzahl µl ist, umso kürzer ist bei gleicher Profiltiefe der Profilspalt und damit umso geringer der Leckvolumenstrom zurück auf die Saugseite. Aus dem Faktor µl ∗ µBl ergibt sich das Ziel, ein kleines druckseitiges Blasloch mit einem kurzen Profilspalt zu kombinieren. Die beiden Kennzahlen verhalten sich, wie bereits erwähnt, jedoch gegenläufig.µ l denotes a profile gap length factor, the length of the profile engagement gap of a tooth gap being set in relation to the profile depth PT 1 . This means that a measure of the length of the profile engagement gap can be defined regardless of the size of the screw machine. The smaller the numerical value of the key figure µ l , the shorter the profile gap with the same profile depth and thus the lower the leakage volume flow back to the suction side. The factor µ l ∗ µ Bl results in the goal of combining a small pressure-side blow hole with a short profile gap. As already mentioned, the two key figures behave in opposite directions.
Es wird darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis von bis zu 5, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1 und bis zu 5, oder alternativ eine fluideingespritzte Verdichtung mit einem Druckverhältnis von bis zu 20, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1 und bis zu 20, erzielbar sind, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck bezeichnet.It is also considered advantageous if the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio of up to 5, in particular with a pressure ratio größer greater than 1 and up to 5, or alternatively, a fluid-injected compression with a pressure ratio of up to 20, in particular with a pressure ratio Π greater than 1 and up to 20, can be achieved are, the pressure ratio denotes the ratio of the discharge pressure to the suction pressure.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform sieht ein Rotorpaar vor, derart, dass der Hauptrotor (HR) bezogen auf einen Kopfkreis KK2 im Falle einer trockenen Verdichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 100 m/s und im Falle einer fluideingespritzten Verdichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 50 m/s betreibbar ausgebildet ist.A further preferred embodiment provides a pair of rotors such that the main rotor (HR) with respect to a tip circle KK 2 in the case of a dry compression with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s and in the case of a fluid-injected compression with a peripheral speed is designed to be operable in a range from 5 to 50 m / s.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Rotorpaar auf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis
Allgemein wird es als bevorzugt angesehen, dass in einer Stirnschnittbetrachtung sich die Zähne des Nebenrotors nach außen hin verjüngen, d.h. alle zu einem vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt ausgehenden, durch den Punkt F5 gezogenen Radialstrahl senkrecht verlaufenden Kreisbögen von der nachlaufenden Zahnflanke FN zur vorlaufenden Zahnflanke FV ausgehend von F1 nach F2 in der Abfolge nach radial außen abnehmen (oder abschnittsweise zumindest gleichbleiben). Mit anderen Worten gilt in einer Stirnschnittbetrachtung für alle innerhalb eines Zahns des Nebenrotors verlaufenden Bogenlängen b(r) der jeweils zugehörigen konzentrischen Kreisbögen mit dem Radius rf1 < r < rk1 und dem gemeinsamen, durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt, die jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt werden, dass die Bogenlängen b(r) mit zunehmendem Radius r monoton abnehmen.In general, it is regarded as preferred that the teeth of the secondary rotor taper towards the outside in a frontal section observation, that is to say all of the circular arcs running perpendicularly from the trailing tooth flank F N to a radial beam starting from the center point defined by axis C1 and drawn through point F5 Remove the leading tooth flank F V from F1 to F2 in the sequence radially outwards (or at least remain the same in sections). In other words, in a forehead section observation, all arc lengths b (r) of the associated concentric circular arcs with the radius rf 1 <r <rk 1 and the common center defined by the axis C1, which are each defined by the axis C1, run within a tooth of the secondary rotor leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N are limited so that the arc lengths b (r) decrease monotonically with increasing radius r.
Die Zähne des Nebenrotors sind in dieser bevorzugten Ausgestaltung also derart ausgebildet, dass sich keine Einschnürungen ergeben, also die Breite eines Zahns des Nebenrotors an keiner Stelle zunimmt, sondern nach radial außen abnimmt oder maximal gleichbleibt. Dies wird als sinnvoll angesehen, um ein einerseits kleines druckseitiges Blasloch bei einer dennoch kurzen Profileingriffsspaltlänge zu erzielen.In this preferred embodiment, the teeth of the secondary rotor are thus designed in such a way that there are no constrictions, that is to say the width of a tooth of the secondary rotor does not increase at any point, but rather decreases radially outwards or remains at most the same. This is considered useful in order to achieve a small blow hole on the pressure side with a short profile engagement gap length.
Vorteilhafterweise ist die Stirnschnittgestaltung des Nebenrotors (NR) derart vorgenommen, dass die Wirkrichtung des Drehmoments, das aus einem Referenzdruck auf die eine Arbeitskammer begrenzende Teiloberfläche des Nebenrotors resultiert, entgegen der Drehrichtung des Nebenrotors gerichtet ist.The end section design of the secondary rotor (NR) is advantageously carried out in such a way that the effective direction of the torque, which results from a reference pressure on the partial surface of the secondary rotor delimiting a working chamber, is directed against the direction of rotation of the secondary rotor.
Eine derartige Stirnschnittgestaltung bewirkt, dass das gesamte Drehmoment aus den Gaskräften auf den Nebenrotor der Drehrichtung des Nebenrotors entgegen gerichtet ist. Dadurch wird ein definierter Flankenkontakt zwischen der nachlaufenden Nebenrotorflanke FN und der vorlaufenden Hauptrotorflanke erzielt. Dies trägt dazu bei, das Problem des sog. Rotorklapperns zu vermeiden, welches in ungünstigen, insbesondere instationären Betriebssituationen auftreten kann. Unter Rotorklappern wird ein der gleichförmigen Drehbewegung überlagertes Vor- und Nacheilen des Nebenrotors um seine Drehachse verstanden, welches mit einem schnell wechselnden Aufprallen der nachlaufenden Nebenrotorflanken an den vorlaufenden Hauptrotorflanken und anschließend der vorlaufenden Nebenrotorflanken an den nachlaufenden Hauptrotorflanken usw. einhergeht. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn das Moment aus den Gaskräften zusammen mit anderen Momenten (z.B. aus Lagerreibung) auf den Nebenrotor undefiniert (z.B. nahe Null) ist, was durch die vorteilhafte Stirnschnittgestaltung wirksam vermieden wird.Such a face cut design causes the total torque from the gas forces on the secondary rotor to be directed in the opposite direction to the direction of rotation of the secondary rotor. As a result, a defined flank contact between the trailing secondary rotor flank F N and the leading main rotor flank is achieved. This helps to avoid the problem of so-called rotor rattling, which can occur in unfavorable, especially unsteady operating situations. Rotor rattling is understood to mean the leading and lagging of the secondary rotor about its axis of rotation, superimposed on the uniform rotary movement, which is associated with a rapidly changing impact of the trailing secondary rotor flanks on the leading main rotor flanks and then the leading secondary rotor flanks on the trailing main rotor flanks, etc. This problem occurs in particular when the moment from the gas forces together with other moments (eg from bearing friction) on the secondary rotor is undefined (eg near zero), which is effectively avoided by the advantageous face cut design.
In einer konkret möglichen, fakultativen Ausgestaltung sind Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) zum Fördern von Luft oder inerten Gasen, wie Helium oder Stickstoff, ausgebildet und aufeinander abgestimmt.In a concretely possible, optional embodiment, the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) for conveying air or inert gases, such as helium or nitrogen, are designed and matched to one another.
Bevorzugtermaßen ist in einer Stirnschnittbetrachtung das Profil eines Zahns des Nebenrotors bezogen auf den vom Mittelpunkt, der durch die Achse C1 definiert ist, durch den Scheitelpunkt F5 gezogenen Radialstrahl R asymmetrisch ausgebildet. Beim Nebenrotor sind somit vorlaufende Zahnflanke und nachlaufende Zahnflanke jedes Zahns zueinander unsymmetrisch ausgebildet.The profile of a tooth of the secondary rotor is preferably asymmetrical in relation to the radial beam R drawn from the center point, which is defined by the axis C1, through the apex F5. In the secondary rotor, leading tooth flank and trailing tooth flank of each tooth are thus asymmetrical to each other.
Diese unsymmetrische Ausbildung ist per se für Schraubenverdichter bereits bekannt. Sie trägt aber wesentlich zu einer effizienten Verdichtung bei.This asymmetrical design is already known per se for screw compressors. However, it contributes significantly to efficient compaction.
Eine weiterhin bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass in einer Stirnschnittbetrachtung ein Punkt C auf der Verbindungsstrecke
Über den Verlauf des saugseitigen Teils der Eingriffslinie zwischen dem Geradenabschnitt
Charakteristische Merkmale des o.g. Verlaufs des saugseitigen Teils der Eingriffslinie lassen sich anhand des Radienverhältnisses r1/r2 zweier konzentrischer Kreise um den Punkt C (= Berührpunkt von Wälzkreis WK1 des Nebenrotors und Wälzkreis WK2 des Hauptrotors) beschreiben. Liegt das Radienverhältnis r1/r2 in dem angegebenen Bereich, wird die Arbeitskammer im Wesentlichen vollständig ins Druckfenster ausgeschoben.About the course of the suction-side part of the line of engagement between the straight section
Characteristic features of the above-mentioned course of the suction-side part of the line of engagement can be described on the basis of the radius ratio r 1 / r 2 of two concentric circles around the point C (= contact point of pitch circle WK 1 of the secondary rotor and pitch circle WK 2 of the main rotor). If the radius ratio r 1 / r 2 is in the specified range, the working chamber is essentially completely pushed out into the pressure window.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Rotorpaar derart ausgebildet und ausgestaltet, dass für ein Rotorlängenverhältnis LHR/a gilt:
Je kleiner der Wert von LHR/a wird, desto höher wird (bei gleichem Schluckvolumen) die Biegesteifigkeit der Rotoren. In dem beanspruchten Bereich ist die Biegesteifigkeit der Rotoren ausreichend hoch, so dass sich die Rotoren im Betrieb nicht nennenswert durchbiegen und daher die Spalte (zwischen den Rotoren bzw. zwischen Rotoren und Verdichtergehäuse) verhältnismäßig eng ausgeführt werden können, ohne dass dadurch das Risiko entsteht, dass die Rotoren bei ungünstigen Betriebsbedingungen (hohe Temperaturen und/oder hohe Drücke) aneinander anlaufen bzw. im Verdichtergehäuse anlaufen. Enge Spalte bieten den Vorteil von geringen Rückströmungen und tragen damit zur Energieeffizienz bei. Gleichzeitig ist trotz kleiner Spaltmaße die Betriebssicherheit gewährleistet. Auch bei der Rotorfertigung ist eine hohe Biegesteifigkeit der Rotoren zur Einhaltung der hohen Anforderungen an die Formtoleranzen vorteilhaft.The smaller the value of L HR / a, the higher (with the same absorption volume) the bending stiffness of the rotors. In the stressed area, the bending stiffness of the rotors is sufficiently high that the rotors do not bend significantly during operation and therefore the gaps (between the rotors or between the rotors and the compressor housing) can be made relatively narrow without the risk of that the rotors start up against each other or start up in the compressor housing under unfavorable operating conditions (high temperatures and / or high pressures). Narrow gaps offer the advantage of low backflow and thus contribute to energy efficiency. At the same time, operational safety is guaranteed despite the small gap dimensions. A high bending stiffness of the rotors is also advantageous in rotor manufacture in order to meet the high demands on the shape tolerances.
Andererseits ist das Verhältnis von LHR/a aber so groß bemessen, dass der Achsabstand a im Verhältnis zur Rotorlänge LHR nicht übermäßig groß ist. Vorteilhaft ist dies, da in der Konsequenz auch die Rotordurchmesser und ganz konkret die Stirnflächen der Rotoren nicht übermäßig groß sind. Hierdurch können einerseits die Spaltlängen klein gehalten werden; dadurch Minderung der Rückströmung in vorhergehende Arbeitskammern und dadurch wiederum Verbesserung der Energieeffizienz. Andererseits können durch klein dimensionierte Stirnflächen auch die aus den druckbeaufschlagten druckseitigen Stirnflächen der Rotoren resultierenden Axialkräfte vorteilhaft klein gehalten werden, diese Axialkräfte wirken im Betrieb auf die Rotoren und insbesondere auf die Rotorlagerung. Durch eine Minimierung dieser Axialkräfte kann die Belastung der (Wälz)lager minimiert, bzw. können die Lager kleiner dimensioniert werden.On the other hand, the ratio of L HR / a is so large that the center distance a is not excessively large in relation to the rotor length L HR . This is advantageous because, as a consequence, the rotor diameters and, more specifically, the end faces of the rotors are not excessively large. On the one hand, this allows the gap lengths to be kept small; thereby reducing the backflow into previous working chambers and thereby again improving energy efficiency. On the other hand, the axial forces resulting from the pressurized pressure-side end faces of the rotors can advantageously be kept small by means of small-sized end faces, these axial forces act on the rotors and in particular on the rotor bearing during operation. By minimizing these axial forces, the load on the (rolling) bearings can be minimized or the bearings can be dimensioned smaller.
Es kann vorteilhafterweise weiterhin vorgesehen sein, dass in einer Stirnschnittbetrachtung das Zahnprofil des Nebenrotors (NR) an seinem radial äußeren Abschnitt abschnittsweise einem Kreisbogen mit Radius rk1 folgt, also mehrere Punkte der vorlaufenden Zahnflanke FV und der nachlaufenden Zahnflanke FN auf dem Kreisbogen mit Radius rk1 um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt liegen, wobei bevorzugtermaßen der Kreisbogen ARC1 einen Winkel bezogen auf die Achse C1 zwischen 0,5° und 5°, weiter vorzugsweise zwischen 0,5° und 2,5° einschließt,
wobei F10 der von F5 am weitest beabstandete Punkt auf der vorlaufenden Zahnflanke auf diesem Kreisbogen ist und
wobei der zwischen F10 und den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) gezogene Radialstrahl R10 die vordere Zahnflanke FV in mindestens einem Punkt berührt oder in zwei Punkten schneidet, vgl. insbesondere die Veranschaulichung in
where F10 is the most distant point from F5 on the leading tooth flank on this arc and
the radial beam R 10 drawn between F10 and the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 touches the front tooth flank F V in at least one point or intersects in two points, cf. especially the illustration in
Die vorbeschriebene Ausgestaltung des Zahnprofils des Nebenrotors ist vor allem für ein Zähne-Zahlverhältnis von 3/4 bzw. 4/5 relevant. Bei einem derartigen Zähne-Zahlverhältnis kann durch das Einhalten der oben wiedergegebenen Bedingung die Blaslochfläche reduziert werden. Beim Zähne-Zahlverhältnis 5/6 erscheint ein vorgenannter Berührungspunkt bzw. vorgenannte Schnittpunkte mit der vorlaufenden Zahnflanke FV hingegen nicht erstrebenswert, da die Zähne des Nebenrotors dann möglicherweise zu dünn und in Konsequenz zu biegeweich werden.The above-described design of the tooth profile of the secondary rotor is particularly relevant for a tooth / number ratio of 3/4 or 4/5. With such a tooth number ratio, the blow hole area can be reduced by complying with the condition reproduced above. With the number of
Weiterhin wird noch ein Verdichterblock umfassend ein Verdichtergehäuse sowie ein Rotorpaar wie vorstehend beschrieben als erfindungsgemäß beansprucht, wobei das Rotorpaar einen Hauptrotor HR und einen Nebenrotor NR umfasst, die jeweils rotierbar im Verdichtergehäuse gelagert sind.Furthermore, a compressor block comprising a compressor housing and a pair of rotors as described above is claimed as claimed in the invention, the pair of rotors comprising a main rotor HR and a secondary rotor NR, each of which is rotatably mounted in the compressor housing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Verdichterblock derart ausgestaltet, dass die Stirnschnittgestaltung derart vorgenommen ist, dass die zwischen den Zahnprofilen von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) gebildete Arbeitskammer im Wesentlichen komplett ins Druckfenster ausgeschoben werden kann.In a preferred embodiment, the compressor block is designed in such a way that the face cut design is carried out in such a way that the working chamber formed between the tooth profiles of the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) can essentially be pushed out completely into the pressure window.
Allgemein wird es auch als vorteilhaft angesehen, dass bei der hier propagierten Wahl der Profile von Nebenrotor und Hauptrotor es möglich ist, auf eine Entlastungsnut/Geräuschnut gänzlich zu verzichten bzw. diese kleiner auszuführen.In general, it is also considered advantageous that the choice of the secondary rotor and main rotor profiles propagated here makes it possible to dispense entirely with a relief groove / noise groove or to make it smaller.
Durch die Stirnschnittgestaltung der beiden Rotoren wird vorteilhaft erreicht, dass sich beim Ausschieben der Arbeitskammer in das Druckfenster kein Kammerzwickelvolumen zwischen den beiden Rotoren bildet. Die Verdichtung kann besonders effizient erfolgen, da keine Rückströmung von bereits verdichtetem Medium auf die Ansaugseite stattfindet, und hiermit auch kein zusätzlicher Wärmeeintrag anfällt. Darüber hinaus kann das gesamte verdichtete Volumen von nachgeordneten Druckluftverbrauchern genutzt werden. Dadurch, dass eine Überverdichtung vermieden wird, ergeben sich Vorteile für die Energieeffizienz, für die Laufruhe des Verdichterblocks und für die Lebensdauer der Rotor-Lager. Bei öleingespritzten Verdichtern wird ein Quetschen des Öls verhindert, und somit die Laufruhe des Verdichters verbessert, die Belastung der Rotor-Lagerung verringert und die Beanspruchung des Öls reduziert.The design of the front section of the two rotors advantageously ensures that no chamber gusset volume is formed between the two rotors when the working chamber is pushed out into the pressure window. The compression can be carried out particularly efficiently, since there is no backflow of already compressed medium to the suction side, and therefore none additional heat input occurs. In addition, the entire compressed volume can be used by downstream compressed air consumers. By avoiding over-compression, there are advantages for energy efficiency, for the smooth running of the compressor block and for the service life of the rotor bearings. With oil-injected compressors, the oil is prevented from being crushed, thus improving the smooth running of the compressor, reducing the load on the rotor bearing and reducing the stress on the oil.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung ist ein Wellenende des Hauptrotors aus dem Verdichtergehäuse herausgeführt und zur Anbindung an einen Antrieb ausgebildet, wobei vorzugsweise beide Wellenenden des Nebenrotors vollständig innerhalb des Verdichtergehäuses aufgenommen sind.In a further preferred embodiment, one shaft end of the main rotor is led out of the compressor housing and designed for connection to a drive, preferably both shaft ends of the secondary rotor being completely accommodated within the compressor housing.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1- einen Stirnschnitt einer ersten Ausführungsform mit einem Zähne-
Zahlverhältnis 3/4. Figur 2- einen Stirnschnitt einer zweiten Ausführungsform mit einem Zähne-
Zahlverhältnis 3/4. Figur 3- einen Stirnschnitt einer dritten Ausführungsform mit einem Zähne-
Zahlverhältnis 4/5. Figur 4- ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Stirnschnittbetrachtung mit einem Zähne-
Zahlverhältnis 5/6. Figur 5- eine Veranschaulichung des isentropen Blockwirkungsgrads für das zweite Ausführungsbeispiel zum 3/4 Zähne-Zahlverhältnis im Vergleich zum Stand der Technik.
Figur 6- eine Veranschaulichung des isentropen Blockwirkungsgrads für das
vierte Ausführungsbeispiel zum 5/6 Zähne-Zahlverhältnis im Vergleich zum Stand der Technik. - Figur 7a - 7k
- Veranschaulichungsdiagramme für die verschiedenen Parameter der Geometrie des Nebenrotors bzw. des Rotorpaars bestehend aus Hauptrotor und Nebenrotor.
Figur 8- eine Veranschaulichung des Umschlingungswinkels beim Hauptrotor.
- Figur 9
- eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Verdichterblocks.
Figur 10- eine Ausführungsform für ein miteinander verzahntes Rotorpaar bestehend aus einem Hauptrotor und einem Nebenrotor in dreidimensionaler Darstellung.
Figur 11- eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Nebenrotors zur Veranschaulichung der räumlichen Eingriffslinie.
- Figuren 12a, 12b
- eine Veranschaulichung der für die Drehmomentwirkungen relevanter Flächen bzw. Teilflächen einer Arbeitskammer einer Ausführungsform des Nebenrotors.
Figur 13- den Stirnschnitt der Ausführungsform nach
Figur 1 zur Erläuterung des Profilverlaufs von Haupt- und Nebenrotor bei dieser Ausführungsform. Figur 14- den Stirnschnitt der Ausführungsform nach
Figur 2 zur Erläuterung des Profilverlaufs von Haupt- und Nebenrotor bei dieser Ausführungsform. Figur 15- den Stirnschnitt der Ausführungsform nach
Figur 3 zur Erläuterung des Profilverlaufs von Haupt- und Nebenrotor bei dieser Ausführungsform. Figur 16- den Stirnschnitt der Ausführungsform nach
Figur 4 zur Erläuterung des Profilverlaufs von Haupt- und Nebenrotor bei dieser Ausführungsform.
- Figure 1
- an end section of a first embodiment with a number of
teeth ratio 3/4. - Figure 2
- an end section of a second embodiment with a number of
teeth ratio 3/4. - Figure 3
- an end section of a third embodiment with a number of
teeth ratio 4/5. - Figure 4
- a fourth embodiment in a forehead section view with a number of
teeth ratio 5/6. - Figure 5
- an illustration of the isentropic block efficiency for the second embodiment to the 3/4 teeth ratio in comparison to the prior art.
- Figure 6
- an illustration of the isentropic block efficiency for the fourth embodiment to the 5/6 teeth ratio in comparison to the prior art.
- Figure 7a - 7k
- Illustration diagrams for the various parameters of the geometry of the secondary rotor or the rotor pair consisting of the main rotor and the secondary rotor.
- Figure 8
- an illustration of the wrap angle in the main rotor.
- Figure 9
- is a schematic sectional drawing of an embodiment of a compressor block.
- Figure 10
- an embodiment for a toothed pair of rotors consisting of a main rotor and a secondary rotor in a three-dimensional representation.
- Figure 11
- a perspective view of an embodiment of a secondary rotor to illustrate the spatial line of engagement.
- Figures 12a, 12b
- an illustration of the surfaces or partial surfaces of a working chamber relevant to the torque effects of an embodiment of the secondary rotor.
- Figure 13
- the forehead section of the embodiment
Figure 1 to explain the profile profile of the main and secondary rotor in this embodiment. - Figure 14
- the forehead section of the embodiment
Figure 2 to explain the profile profile of the main and secondary rotor in this embodiment. - Figure 15
- the forehead section of the embodiment
Figure 3 to explain the profile profile of the main and secondary rotor in this embodiment. - Figure 16
- the forehead section of the embodiment
Figure 4 to explain the profile profile of the main and secondary rotor in this embodiment.
Im Folgenden sollen die Ausführungsbeispiele nach den
Die entsprechenden geometrischen Vorgabewerte für den Hauptrotor HR bzw. den Nebenrotor NR sind in den nachstehend wiedergegebenen Tabellen 1 bis 4 angegeben.
Es ergeben sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die folgenden erfindungsgemäßen Merkmale und Kenngrößen, die in Tabelle 5 zusammengestellt sind:
Der isentrope Blockwirkungsgrad im Vergleich zum Stand der Technik ist für das zweite Ausführungsbeispiel zum 3/4 Zähne-Zahlverhältnis in
Das konkret wiedergegebene Druckverhältnis beträgt 2,0 (Verhältnis Ausgangsdruck zu Eingangsdruck). Der isentrope Blockwirkungsgrad konnte gegenüber den mit dem Stand der Technik erreichbaren Werten deutlich verbessert werden.The specific pressure ratio shown is 2.0 (ratio of outlet pressure to inlet pressure). The isentropic block efficiency could be significantly improved compared to the values achievable with the prior art.
In
Die in den
- Kopfkreis KK1 des Nebenrotors mit zugehörigem Kopfkreisradius rk1 bzw. Kopfkreisdurchmesser Dk1
- Kopfkreis KK2 des Hauptrotors mit zugehörigem Kopfkreisradius rk2 bzw. Kopfkreisdurchmesser Dk2
- Fußkreis FK1 des Nebenrotors mit zugehörigem Fußkreisradius rf1 bzw. Fußkreisdurchmesser Df1
- Fußkreis FK2 des Hauptrotors mit zugehörigem Fußkreisradius rf2 bzw. Fußkreisdurchmesser Df2
- Achsabstand a zwischen der ersten Achse C1 und der zweiten Achse C2
- Wälzkreis WK1 des Nebenrotors mit zugehörigem Wälzkreisradius rw1 bzw. Wälzkreisdurchmesser Dw1
- Wälzkreis WK2 des Hauptrotors mit zugehörigem Wälzkreisradius rw2 bzw. Wälzkreisdurchmesser Dw2
- Tip circle KK 1 of the secondary rotor with associated tip circle radius rk 1 or tip circle diameter Dk 1
- Tip circle KK 2 of the main rotor with associated tip circle radius rk 2 or tip circle diameter Dk 2
- Foot circle FK 1 of the secondary rotor with associated foot circle radius rf 1 or foot circle diameter Df 1
- Foot circle FK 2 of the main rotor with associated foot circle radius rf 2 or foot circle diameter Df 2
- Center distance a between the first axis C1 and the second axis C2
- Rolling circle WK 1 of the secondary rotor with the associated rolling circle radius rw 1 or rolling circle diameter Dw 1
- Rolling circle WK 2 of the main rotor with the associated rolling circle radius rw 2 or rolling circle diameter Dw 2
Weiterhin dargestellt sind auch die Drehrichtung 24 des Nebenrotors sowie die sich zwangsläufig ergebende Drehrichtung des Hauptrotors bei Betrieb als Verdichter.Also shown are the direction of
Stellvertretend für alle Zähne des Nebenrotors sind an einem Nebenrotorzahn die vorlaufende Zahnflanke FV sowie die nachlaufende Zahnflanke FN gekennzeichnet. Stellvertretend für alle Zahnlücken des Nebenrotors ist eine Zahnlücke 23 gekennzeichnet. Der anhand von
Weiterhin zeigt
Das Koordinatensystem wird aufgespannt durch die zu den Rotorstirnflächen parallele u-Achse entlang der druckseitigen Verschneidungskante 11.The coordinate system is spanned by the u-axis parallel to the rotor end faces along the
Das druckseitige Blasloch liegt in dem beschriebenen Koordinatensystem und ganz konkret in einer zu den Rotor-Stirnflächen senkrechten Ebene zwischen der druckseitigen Verschneidungskante 11 und einem Eingriffslinienpunkt K2 des druckseitigen Teils der Eingriffslinie.The pressure-side blow hole lies in the coordinate system described and very specifically in a plane perpendicular to the rotor end faces between the pressure-
In einer Stirnschnittbetrachtung wird die Eingriffslinie 10 durch die Verbindungslinie zwischen den beiden Mittelpunkten C1 und C2 in zwei Abschnitte geteilt: Der saugseitige Teil der Eingriffslinie ist unterhalb, der druckseitige Teil oberhalb der Verbindungslinie dargestellt.In an end sectional view, the line of
K2 bezeichnet den Punkt des druckseitigen Teils der Eingriffslinie 10, der am weitesten von der Geraden durch C1 und C2 hindurch beabstandet liegt. Durch die Verschneidung der Kopfkreise der beiden Rotoren entstehen eine druckseitige Verschneidungskante 11 und eine saugseitige Verschneidungskante 12. In
Die u-Achse ist eine Parallele zu den Rotorstirnflächen und entspricht in einer Stirnschnittbetrachtung dem Vektor vom Eingriffslinienpunkt K2 zu der druckseitigen Verschneidungskante 11.
Weitere Details zur druckseitigen Blaslochfläche ABl ergeben sich aus
Further details on the blow hole area A Bl on the pressure side result from
Die Kreisbögen B25, B50, B75 werden jeweils durch die vorlaufenden Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt. Der anhand von
Zahnteilfläche A1 entspricht der Fläche, mit der der betrachtete Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV über das Dreieck DZ in einem radial äußeren Bereich übersteht.
Tooth partial area A1 corresponds to the area with which the tooth under consideration, with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2, projects beyond the triangle D Z in a radially outer region.
Zahnteilfläche A2 entspricht der Fläche, mit der der betrachtete Zahn mit seiner zwischen F5 und F1 ausgebildeten nachlaufenden Zahnflanke FN über das Dreieck DZ in einem radial äußeren Bereich übersteht.Tooth partial area A2 corresponds to the area with which the tooth under consideration, with its trailing tooth flank F N formed between F5 and F1, projects beyond the triangle D Z in a radially outer region.
Fläche A3 entspricht der Fläche, mit der der betrachtete Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke gegenüber dem Dreieck DZ zurücktritt.Surface A3 corresponds to the surface with which the tooth under consideration with its leading tooth flank formed between F5 and F2 withdraws from the triangle D Z.
Weiterhin dargestellt ist der Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors. Der anhand von
F12 ergibt sich aus dem Schnittpunkt des vom Mittelpunkt C1 zum Scheitelpunkt F5 gezogenen Radialstrahls R mit dem Kreisbogen B. Der anhand von
F12 results from the point of intersection of the radial beam R drawn from the center C1 to the vertex F5 with the circular arc B. The on the basis of
Die nachlaufende Zahnflanke FN des Nebenrotors wird durch den Punkt F8 in einen im Wesentlichen konvex gekrümmten Anteil zwischen F8 und dem Scheitelpunkt F5 sowie einen im Wesentlichen konkav gekrümmten Anteil zwischen F8 und dem Fußpunkt F1 unterteilt.The trailing tooth flank F N of the secondary rotor is divided by the point F8 into an essentially convexly curved portion between F8 and the apex F5 and an essentially concavely curved portion between F8 and the base point F1.
Konkret wird in der dargestellten Ausführungsform das Zahnprofil in einen der nachlaufenden Zahnflanke FN zugeordneten Flächenanteil A4 sowie einen der vorlaufenden Zahnflanke FV zugeordneten Flächenanteil A5 geteilt. Die anhand von
Die Eingriffslinie 10 wird durch die Verbindungsstrecke zwischen der ersten Achse C1 und der zweiten Achse C2 in zwei Abschnitte geteilt: Der saugseitige Teil der Eingriffslinie ist unterhalb, der druckseitige Teil oberhalb der Verbindungsstrecke
Punkt C ist der Berührpunkt des Wälzkreises WK1 des Nebenrotors mit dem Wälzkreis WK2 des Hauptrotors.Point C is the point of contact of the pitch circle WK 1 of the secondary rotor with the pitch circle WK 2 of the main rotor.
K4 bezeichnet den Punkt des saugseitigen Teils der Eingriffslinie, der am weitesten von der Verbindungsstrecke zwischen C1 und C2 beabstandet liegt.K4 denotes the point of the suction-side part of the line of engagement which is the most distant from the connecting path between C1 and C2.
Radius r1 ist der Abstand zwischen K5 und C, Radius r2 bezeichnet den Abstand zwischen K4 und C.Radius r 1 is the distance between K5 and C, radius r 2 denotes the distance between K4 and C.
Das Koordinatensystem des druckseitigen Blaslochs liegt in der in
- die zu den Rotorstirnflächen parallele u-Achse (Vektor vom Eingriffslinienpunkt K2 zu der druckseitigen Verschneidungskante 11 )
und - die
druckseitige Verschneidungskante 11.
- the u-axis parallel to the rotor end faces (vector from the line of engagement point K2 to the
intersection edge 11 on the pressure side)
and - the
intersection edge 11 on the pressure side.
In
Bei dem dargestellten Verdichterblock handelt es sich um einen öleingespritzten Schraubenverdichter, bei dem die Drehmomentübertragung zwischen Hauptrotor HR und Nebenrotor NR direkt über die Rotorflanken erfolgt. Im Gegensatz dazu kann bei einem trockenen Schraubenverdichter eine Berührung der Rotorflanken mittels eines Synchronisationsgetriebes (nicht dargestellt) vermieden werden.The compressor block shown is an oil-injected screw compressor, in which the torque transmission between the main rotor HR and the secondary rotor NR takes place directly via the rotor flanks. In contrast to In the case of a dry screw compressor, touching the rotor flanks by means of a synchronization gear (not shown) can be avoided.
Weiterhin nicht dargestellt sind ein Ansaugstutzen zum Ansaugen des zu komprimierenden Mediums sowie ein Auslass für das komprimierte Medium.Also not shown are a suction nozzle for sucking in the medium to be compressed and an outlet for the compressed medium.
In
Das gesamte Drehmoment aus den Gaskräften auf den Nebenrotor setzt sich zusammen aus der Summe der Drehmomentwirkungen der Gasdrücke in allen Arbeitskammern auf die die jeweiligen Arbeitskammern begrenzenden Teiloberflächen des Nebenrotors. In
Die Teiloberfläche (22) ergibt sich aus der konkreten Stirnschnittgestaltung und der Steigung des Nebenrotors. Die Steigung des Nebenrotors bezieht sich auf die Steigung der schraubenförmigen Verzahnung des Nebenrotors. Die in
Teiloberfläche (22) wird außerdem begrenzt durch Schnittlinie (27). Details zu Schnittlinie (27) wurden bereits im Rahmen der
Die von der Winkelstellung des Nebenrotors zum Hauptrotor abhängige konkrete Länge einer Arbeitskammer in Richtung der Rotorachse zwischen der Nebenrotorstirnfläche (20) einerseits und der Begrenzung durch die dreidimensionale Eingriffslinie (10) und Schnittlinie (27) andererseits spielt hierbei keine wesentliche Rolle, weil - wie in der einschlägigen Literatur beschrieben wird - die Gasdrücke auf Bereiche der Rotoroberfläche, die in einer Schnittebene senkrecht zur Achse des Rotors vollständigen Zahnlücken entsprechen (in
Die in
Nur die in
Somit wird in jeder Arbeitskammer die Wirkrichtung des Drehmoments, das der Gasdruck in der Arbeitskammer (bzw. ein beliebiger Referenzdruck) auf die die Arbeitskammer begrenzende Teiloberfläche des Nebenrotors bewirkt, durch die Stirnschnittgestaltung des Nebenrotors festgelegt.Thus, in each working chamber, the direction of action of the torque which the gas pressure in the working chamber (or any reference pressure) brings about on the partial surface of the secondary rotor delimiting the working chamber is determined by the face cut design of the secondary rotor.
Die oben beschriebene vorteilhafte Stirnschnittgestaltung des Nebenrotors (NR) führt deshalb für jede eine Arbeitskammer begrenzende Teiloberfläche (22) des Nebenrotors und somit für den gesamten Nebenrotor zu einer Wirkrichtung (25) des Drehmoments aus den Gaskräften, die entgegen der Drehrichtung (24) des Nebenrotors gerichtet ist, wodurch das Rotorklappern wirksam vermieden wird.The above-described advantageous end section design of the secondary rotor (NR) therefore leads to a direction of action (25) of the torque from the gas forces for each partial surface (22) of the secondary rotor delimiting a working chamber, and thus against the direction of rotation (24) of the secondary rotor is directed, whereby the rotor rattling is effectively avoided.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele belegen, dass mit der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Effizienzsteigerung für ein in Schraubenmaschinen eingesetztes Rotorpaar bestehend aus Hauptrotor und Nebenrotor mit entsprechender Profilgeometrie erzielt werden konnte.The exemplary embodiments shown prove that the present invention was able to achieve a considerable increase in efficiency for a pair of rotors used in screw machines consisting of a main rotor and a secondary rotor with the corresponding profile geometry.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, unabhängig von einer konkret beanspruchten Profildefinition die Effizienz und Laufruhe von Rotorprofilen gegenüber dem Stand der Technik noch weiter zu verbessern.With the present invention, it has been possible to further improve the efficiency and smoothness of rotor profiles compared to the prior art, regardless of a specifically claimed profile definition.
Obwohl es dem Fachmann anhand der angegebenen Parameterwerte ohne weiteres möglich sein wird, mit den im Stand der Technik üblichen Methoden geeignete Profilverläufe zu erzeugen, werden nachstehend rein exemplarisch die Profilverläufe bei den vorstehend abgehandelten Ausführungsbeispielen nach den
Rein exemplarisch wird in diesem Zusammenhang SV_Win, ein Projekt der TU Wien, wobei diese Software in der eingangs genannten Habilitationsschrift von Grafinger sehr ausführlich beschrieben wird, genannt. Ein alternatives, öffentlich zugängliches Computerprogramm stellt darüber hinaus die DISCO-Software und insbesondere das Modul SCORPATH der City University London (Centre for Positive Displacement Compressor Technology) dar. Allgemeine Informationen ergeben sich hierzu aus http://www.city-compressors.co.uk/. Infos zur Installation der Software ergeben sich aus http://www.staff.city.ac.uk/∼ra600/DISCO/DISCO/Instalation%20instructions.pdf. Ein Preview zur DISCO-Software kann unter http://www.staff.city.ac.uk/∼ra600/DISCO/DISCO%20Preview.htm gefunden werden.In this context, purely by way of example, SV_Win, a project of the Vienna University of Technology, is mentioned, whereby this software is described in great detail in the aforementioned habilitation thesis by Grafinger. An alternative, publicly accessible computer program is also the DISCO software and in particular the module SCORPATH of the City University London (Center for Positive Displacement Compressor Technology). General information can be found at http://www.city-compressors.co. uk /. Information on installing the software can be found at http://www.staff.city.ac.uk/∼ra600/DISCO/DISCO/Instalation%20instructions.pdf. A preview of the DISCO software can be found at http://www.staff.city.ac.uk/∼ra600/DISCO/DISCO%20Preview.htm.
Eine weitere alternative Software stellt die Software ScrewView dar, die auch in der
In den
Der Abschnitt S5 bis S6 ist durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt C1 festgelegt. Der sich anschließende Abschnitt S6 bis S7 wird durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt M3 vorgegeben. Der Abschnitt S7 bis S1 schließlich ist durch eine Hüllkurve zu einer Trochoiden, erzeugt vom Kreisbogenabschnitt T7 bis T1 um den Mittelpunkt M5 auf dem Hauptrotor HR vorgegeben. Die vorbeschriebenen Abschnitte schließen jeweils in der angegebenen Reihenfolge nahtlos aneinander an. Die Tangenten am Ende eines Abschnitts und am Beginn des benachbarten Abschnitts sind jeweils gleich. Die Abschnitte gehen insofern unmittelbar, stufenlos sowie knickfrei ineinander über.The section S5 to S6 is defined by an arc around the center C1. The subsequent section S6 to S7 is specified by an arc around the center M3. The section S7 to S1 is finally predetermined by an envelope to form a trochoid, generated by the arc section T7 to T1 around the center M5 on the main rotor HR. The above-mentioned sections are seamlessly connected in the order given. The tangents at the end of a section and at the beginning of the adjacent section are the same. In this respect, the sections merge directly, continuously and without kinks.
Der Profilverlauf der Zähne des Hauptrotors HR wird für das Ausführungsbeispiel nach den
Generell ist festzuhalten, dass die Profilverläufe von Nebenrotor NR und Hauptrotor HR natürlich aufeinander abgestimmt sind und insofern die Hüllkurven zu einer Trochoiden jeweils Kreisbogenabschnitten auf dem Gegenrotor entsprechen. Darüber hinaus ist jeweils, wie bereits erwähnt, ein tangentialer Übergang von einem zum nächsten Abschnitt gewährleistet. Eine generelle Vorgehensweise bei der Berechnung des Profilverlaufs des Gegenrotors ist beispielsweise in der
Die Erfindung wird auch durch folgende bevorzugte Aspekte noch näher charakterisiert:
- 1. Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine, wobei das Rotorpaar aus einem um eine erste Achse (C1) rotierenden Nebenrotor (NR) und einen um eine zweite Achse (C2) rotierenden Hauptrotor (HR) besteht,
wobei die Anzahl der Zähne (z2) beim Hauptrotor (HR) 3 und die Anzahl der Zähne (z1) beim Nebenrotor (NR) 4 beträgt,
wobei die relative Profiltiefe des Nebenrotors 0,5, bevorzugt mindestens 0,515, und höchstens 0,65, bevorzugt höchstens 0,595, beträgt, wobei es sich bei rk1 um einen um den Außenumfang des Nebenrotors (NR) gezogenen Kopfkreisradius und bei rf1 um einen am Profilgrund des Nebenrotors ansetzenden Fußkreisradius handelt,mindestens
wobei das Verhältnis vom Achsabstand α der ersten Achse (C1) zur zweiten Achse (C2) und dem Kopfkreisradius rk1 - 2.
Rotorpaar nach Aspekt 1, dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt durch die Achse C1 gegeben ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert r25 = rf1+0.25*(rk1-rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert r50 = rf1+0.5*(rk1-rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert rf1+0.75*(rk1-rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und nachlaufenden Zahnflanke FN begrenzt werden,
wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert sind und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,65 ≤ ε1 < 1,0 und/ 0,50 ≤ ε2 ≤ 0,85,oder bevorzugt 0,80 ≤ ε1 < 1,0 und/ 0,50 ≤ ε2 ≤ 0,79.oder - 3.
Rotorpaar nach Aspekt 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und
wobei 8 ≤ A2/A1 ≤ 60 eingehalten ist. - 4. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors Fußpunkte F1und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 7,0 ≤ A3/A1 ≤ 35 eingehalten sind. - 5. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht,
wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und
0,5 % ≤ A1/A0 ≤ 4,5 % eingehalten ist.wobei - 6. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors (NR) definiert,
wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist,
wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet,
wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und
wobei - 7. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen F1 und F5 ausgebildete nachlaufende Zahnflanke FN eines Zahns des Nebenrotors (NR) einen konvexen Längenanteil von mindestens 45 % bis höchstens 95 % aufweist. - 8. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung der von der Achse C1 des Nebenrotors (NR) durch F5 gezogene Radialstrahl das Zahnprofil in einen der vorlaufenden Zahnflanke FV zugeordneten Flächenanteil A5 und einen der nachlaufenden Zahnflanke FN zugeordneten Flächenanteil A4 teilt und
wobei - 9. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 290° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 320° ≤ ΦHR ≤ 360°. - 10. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,02 % und höchstens 0,4 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,25 % beträgt,
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors (NR) bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen. - 11. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl * Blµ
und - 12. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis Πvon bis zu 3, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π größerals 1und bis zu 3, erzielbar ist, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck ist, erzielbar ist. - 13. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor (HR) bezogen auf einen Kopfkreis KK2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit ineinem Bereich von 20 bis 100 m/s betreibbar ausgebildet ist. - 14. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis - 15. Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine, wobei das Rotorpaar aus einem um eine erste Achse (C1) rotierenden Nebenrotor (NR) und einen um eine zweite Achse (C2) rotierenden Hauptrotor (HR) besteht,
wobei die Anzahl der Zähne (z2) beim Hauptrotor (HR) 4 und die Anzahl der Zähne (z1) beim Nebenrotor (NR) 5 beträgt,
wobei die relative Profiltiefe des Nebenrotors 0,5, bevorzugt mindestens 0,515, und höchstens 0,58, beträgt, wobei es sich bei rk1 um einen um den Außenumfang des Nebenrotors (NR) gezogenen Kopfkreisradius und bei rf1 um einen am Profilgrund des Nebenrotors ansetzenden Fußkreisradius handelt,mindestens
wobei das Verhältnis vom Achsabstand α der ersten Achse (C1) zur zweiten Achse (C2) und dem Kopfradius rk1
wobei vorzugsweise der Hauptrotor mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt 240° ≤ ΦHR ≤ 360°, und wobei vorzugsweise für ein Rotorlängenverhältnis LHR/a gilt: - 16.
Rotorpaar nach Aspekt 15, dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt C1 ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert rf1+0.25*(rk1-rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert rf1+0.5*(rk1-rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert rf1+0.75*(rk1-rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und nachlaufenden Zahnflanke FN begrenzt werden,
wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert sind und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,75 ≤ ε1 ≤ 0,85 und/oder 0,65 ≤ ε2 ≤ 0,74. - 17.
Rotorpaar nach Aspekt 15oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und
wobei 6 ≤ A2/A1 ≤ 15 eingehalten ist. - 18. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 9,0 ≤ A3/A1 ≤ 18 eingehalten ist. - 19. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht,
wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und
1,5 % ≤ A1/A0 ≤ 3,5 % eingehalten ist.wobei - 20. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors NR definiert,
wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist,
wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet,
wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und
wobei - 21. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen F1 und F5 ausgebildete nachlaufende Zahnflanke FN eines Zahns des Nebenrotors (NR) einen konvexen Längenanteilvon mindestens 55 % bis höchstens 95 % aufweist. - 22. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung der von der Achse C1 des Nebenrotors (NR) durch F5 gezogene Radialstrahl das Zahnprofil in einen der vorlaufenden Zahnflanke FV zugeordneten Flächenanteil A5 und einen der nachlaufenden Zahnflanke FN zugeordneten Flächenanteil A4 teilt und wobei - 23. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 320° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 330° ≤ ΦHR ≤ 360°. - 24. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,02 % und höchstens 0,4 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,25 % beträgt,
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors NR bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen. - 25. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl * Blµ
und - 26. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis Πvon bis zu 5, insbesondere mit einem Druckverhältnis Πvon größer als 1und bis zu 5, oder alternativ eine fluideingespritzte Verdichtung mit einem Druckverhältnis Π von bis zu 16, insbesondere mit einem Druckverhältnis Πvon größer als 1 und bis zu 16, erzielbar ist, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck ist. - 27. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer trockenen Verdichtung der Hauptrotor bezogen auf einen Kopfkreis KK2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit ineinem Bereich von 20 bis 100 m/s und im Fall einer fluideingespritzten Verdichtung der Hauptrotor bezogen auf einen Kopfkreis KK2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit ineinem Bereich von 5 bis 50 m/s betreibbar ausgebildet ist. - 28. Rotorpaar nach einem der Aspekte 15
bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis - 29. Rotorpaar für einen Verdichterblock einer Schraubenmaschine, wobei das Rotorpaar aus einem um eine erste Achse (C1) rotierenden Nebenrotor (NR) und einen um eine zweite Achse (C2) rotierenden Hauptrotor (HR) besteht,
wobei die Anzahl der Zähne (z2) beim Hauptrotor (HR) 5 und die Anzahl der Zähne (z1) beim Nebenrotor (NR) 6 beträgt,
wobei die relative Profiltiefe des Nebenrotorsmindestens 0,44 und höchstens 0,495, bevorzugt höchstens 0,48, beträgt, wobei es sich bei rk1 um einen um den Außenumfang des Nebenrotors (NR) gezogenen Kopfkreisradius und bei rf1 um einen am Profilgrund des Nebenrotors ansetzenden Fußkreisradius handelt,
wobei das Verhältnis vom Achsabstand α der ersten Achse (C1) zur zweiten Achse (C2) und dem Kopfradius rk1mindestens 1,74, 1,75, und höchstens 1,8, bevorzugt höchstens 1,79, beträgt,bevorzugt mindestens
wobei vorzugsweise der Hauptrotor mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt 240° ≤ ΦHR ≤ 360°, und wobei vorzugsweise für ein Rotorlängenverhältnis LHR/a gilt: - 30.
Rotorpaar nach Aspekt 29, dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufenden Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt C1 ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert rf1+0.25*(rk1-rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert rf1+0.5*(rk1-rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert rf1+0.75*(rk1-rf1) hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und nachlaufenden Zahnflanke FN begrenzt werden,
wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert sind und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,76 ≤ ε1 ≤ 0,86 und/oder 0,62 ≤ ε2 ≤ 0,72. - 31.
Rotorpaar nach Aspekt 29oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und
wobei 4 ≤ A2/A1 ≤ 7 eingehalten ist. - 32. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 8 ≤ A3/A1 ≤ 14 eingehalten ist. - 33. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht,
wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und
wobei 1,9 % ≤ A1/A0 ≤ 3,2 % eingehalten ist. - 34. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung zwischen dem betrachteten Zahn des Nebenrotors (NR) und dem jeweils benachbarten Zahn des Nebenrotors (NR) Fußpunkte F1 und F2 und am radial äußersten Punkt des Zahns ein Scheitelpunkt F5 definiert sind,
wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors NR definiert,
wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist,
wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet,
wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und
wobei - 35. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor HR mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt: 320° ≤ ΦHR ≤ 360°, vorzugsweise 330° ≤ ΦHR ≤ 360°.
- 36. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blaslochfaktor µBl mindestens 0,03 % und höchstens 0,25 %, bevorzugtermaßen höchstens 0,2 % beträgt,
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors NR bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen. - 37. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Blasloch-/Profilspaltlängenfaktor µl *
Blµ
und - 38. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine trockene Verdichtung mit einem Druckverhältnis Π
von bis zu 5, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1und bis zu 5, erzielbar ist oder alternativ eine fluideingespritzte Verdichtung mit einem Druckverhältnis Π von bis zu 20, insbesondere mit einem Druckverhältnis Π von größer 1 und bis zu 20, erzielbar ist, wobei das Druckverhältnis das Verhältnis von Verdichtungsenddruck zu Ansaugdruck ist. - 39. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor (HR) bezogen auf einen Kopfkreis KK2 im Falle einer trockenen Verdichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit in
einem Bereich von 20 bis 100 m/s und im Falle einer fluideingespritzten Verdichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit ineinem Bereich von 5 bis 50 m/s betreibbar ausgebildet ist. - 40. Rotorpaar nach einem der Aspekte 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass für ein durch das Verhältnis der Kopfkreisradien von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) definierte Durchmesserverhältnis
- 41. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung die innerhalb eines Zahns des Nebenrotors verlaufenden Bogenlängen b(r) der jeweils zugehörigen konzentrischen Kreisbögen mit dem Radius rf1 < r < rk1 und dem gemeinsamen, durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und die nachlaufende Zahnflanke FN begrenzt werden und die Bogenlängen b(r) mit zunehmendem Radius r monoton abnehmen. - 42. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschnittgestaltung des Nebenrotors (NR) derart vorgenommen ist, dass die Wirkrichtung des Drehmoments, das aus einem Referenzdruck auf die eine Arbeitskammer begrenzende Teiloberfläche des Nebenrotors resultiert, entgegen der Drehrichtung des Nebenrotors gerichtet ist.
- 43. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) zum Fördern von Luft oder inerten Gasen, wie Helium oder Stickstoff, ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind.
- 44. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung das Profil eines Zahns des Nebenrotors bezogen auf den vom Mittelpunkt, der durch die Achse C1 definiert ist, durch den Scheitelpunkt F5 gezogenen Radialstrahl R asymmetrisch ausgebildet ist.
- 45. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung ein Punkt C auf der Verbindungsstrecke (
C1C2 ) zwischen der ersten Achse (C1) und der zweiten Achse (C2) definiert ist, wo sich die Wälzkreise WK1 des Nebenrotors (NR) und WK2 des Hauptrotors (HR) berühren, dass K5 den Schnittpunkt des Fußkreises FK1 des Nebenrotors (NR) mit der Verbindungsstrecke (C1C2 ) definiert, wobei r1 den Abstand zwischen K5 und C bemisst,
und dass K4 den Punkt des saugseitigen Teils der Eingriffslinie bezeichnet, der am weitesten von der VerbindungsstreckeC1C2 zwischen C1 und C2 beabstandet liegt, wobei r2 den Abstand zwischen K4 und C bemisst und wobei gilt: - 46. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Rotorlängenverhältnis LHR/a gilt:
bevorzugt - 47. Rotorpaar nach einem der Aspekte 1
bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnschnittbetrachtung das Zahnprofil des Nebenrotors (NR) an seinem radial äußeren Abschnitt abschnittsweise einem Kreisbogen ARC1 mit Radius rk1 folgt, also mehrere Punkte der vorlaufenden Zahnflanke FV und der nachlaufenden Zahnflanke FN auf dem Kreisbogen mit Radius rk1 um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt liegen, wobei bevorzugtermaßen der Kreisbogen ARC1 ein Winkel bezogen auf die 0,5° und 5°, weiter vorzugsweise zwischen 0,5° und 2,5° einschließt,Achse C1 zwischen
wobei F10 der von F5 am weitest beabstandete Punkt auf der vorlaufenden Zahnflanke auf diesem Kreisbogen ist und
wobei der zwischen F10 und den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) gezogene Radialstrahl R10 die vorlaufende Zahnflanke FV in mindestens einem Punkt berührt oder in zwei Punkten schneidet. - 48. Verdichterblock umfassend ein Verdichtergehäuse (15) sowie ein Rotorpaar nach einem der Aspekte 1 bis 47, wobei das Rotorpaar einen Hauptrotor (HR) und einen Nebenrotor (NR) umfasst, die jeweils rotierbar im Verdichtergehäuse (15) gelagert sind.
- 49. Verdichterblock nach Aspekt 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschnittgestaltung derart vorgenommen ist, dass die zwischen den Zahnprofilen von Hauptrotor (HR) und Nebenrotor (NR) gebildete Arbeitskammer im Wesentlichen komplett ins Druckfenster ausgeschoben werden kann.
- 50. Verdichterblock nach Aspekt 48 oder 49,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wellenende des Hauptrotors aus dem Verdichtergehäuse herausgeführt ist und zur Anbindung an einen Antrieb ausgebildet ist, wobei
vorzugsweise beide Wellenenden des Nebenrotors vollständig innerhalb des Verdichtergehäuses aufgenommen sind.
- 1. pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a secondary rotor (NR) rotating about a first axis (C1) and a main rotor (HR) rotating about a second axis (C2),
the number of teeth (z 2 ) for the main rotor (HR) is 3 and the number of teeth (z 1 ) for the secondary rotor (NR) is 4,
where the relative profile depth of the secondary rotor
the ratio of the center distance α of the first axis (C1) to the second axis (C2) and the tip radius rk 1 - 2. pair of rotors according to
aspect 1, characterized in
that circular arcs B 25 , B 50 , B 75 , whose common center point is given by the axis C1, are defined in a frontal section view, the radius r 25 of B 25 having the value r 25 = rf 1 + 0.25 * ( rk 1 -rf 1 ), the radius r 50 of B 50 has the value r 50 = rf 1 + 0.5 * (rk 1 -rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value rf 1 + 0.75 * (rk 1 -rf 1 ), and the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 are each delimited by the leading tooth flank F V and trailing tooth flank F N ,
where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed:
0.65 ≤ ε 1 <1.0 and / or 0.50 ≤ ε 2 ≤ 0.85, preferably 0.80 ≤ ε 1 <1.0 and / or 0.50 ≤ ε 2 ≤ 0.79. - 3. A pair of rotors according to
1 or 2, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor, base points F1 and F2 and an apex F5 are defined at the radially outermost point of the tooth,aspect
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and
where 8 ≤ A2 / A1 ≤ 60 is observed. - 4. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 3, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor, base points F1 and F2 and an apex F5 are defined at the radially outermost point of the tooth,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
wherein the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and withdraws with a surface A3 in a radially inner region opposite the triangle D Z and wherein 7.0 ≤ A3 / A1 ≤ 35 are complied with. - 5. rotor pair according to one of the
aspects 1 to 4, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth a vertex F5 are defined,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protruding in a radially outer region of the tooth with a surface A1 over the triangle D Z ,
wherein the tooth itself has a cross-sectional area A0 delimited by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and
where 0.5% ≤ A1 / A0 ≤ 4.5% is observed. - 6. Pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 5, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth a vertex F5 are defined,
the circular arc B running between F1 and F2 defines a tooth pitch angle γ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor (NR) around the center point defined by the axis C1,
where a point F11 is defined on the half arc B between F1 and F2,
a radial beam R drawn through the apex F5 from the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 intersects the circular arc B at a point F12,
wherein an offset angle β is defined by the offset from F11 to F12 considered in the direction of rotation of the secondary rotor (NR) and
in which - 7. A rotor pair according to one of the
aspects 1 to 6, characterized in that the trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR), formed between F1 and F5, has a convex length fraction of at least 45% to at most 95% in an end sectional view. - 8. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 7, characterized in that in a front sectional view of the radial jet drawn by the axis C1 of the secondary rotor (NR) through F5, the tooth profile into a surface portion A5 assigned to the leading tooth flank F V and one of the trailing tooth flank F N assigned area share A4 divides and
in which - 9. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 8, characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 290 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °, preferably 320 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °. - 10. pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 9, characterized in that a blow hole factor µ Bl is at least 0.02% and at most 0.4%, preferably at most 0.25%,
in which
where A Bl is an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor (NR) or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view indicate the area enclosed between the profile course of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 . - 11. rotor pair according to one of the
aspects 1 to 10, characterized in that for a blow hole / profile gap length factor µ l *µ Bl
and - 12. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 11, characterized in that the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio Π of up to 3, in particular with a pressure ratio Π larger than 1 and up to 3, can be achieved, the pressure ratio being the ratio of the discharge pressure to the intake pressure. - 13. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 12, characterized in that the main rotor (HR) is designed to be operable with respect to a tip circle KK 2 with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s. - 14. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 13, characterized in that for a diameter ratio defined by the ratio of the tip circle radii of the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) - 15. pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a secondary rotor (NR) rotating around a first axis (C1) and a main rotor (HR) rotating around a second axis (C2),
the number of teeth (z 2 ) for the main rotor (HR) is 4 and the number of teeth (z 1 ) for the secondary rotor (NR) is 5,
where the relative profile depth of the secondary rotor
the ratio of the center distance α of the first axis (C1) to the second axis (C2) and the tip radius rk 1
wherein the main rotor is preferably designed with a wrap angle Φ HR , for which 240 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °, and preferably for a rotor length ratio L HR / a: - 16. A pair of rotors according to
aspect 15, characterized in
that in a forehead section view within a secondary rotor tooth running circular arcs B 25 , B 50 , B 75 , whose common center is C1, are defined, the radius r 25 of B 25 having the value rf 1 + 0.25 * (rk 1 -rf 1 ), the radius r 50 of B 50 has the value rf 1 + 0.5 * (rk 1 -rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value rf 1 + 0.75 * (rk 1 -rf 1 ), and where the arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and trailing tooth flank F N ,
where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b 75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed:
0.75 ≤ ε 1 ≤ 0.85 and / or 0.65 ≤ ε 2 ≤ 0.74. - 17. A pair of rotors according to
15 or 16, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth define an apex F5 are,aspect
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and
where 6 ≤ A2 / A1 ≤ 15 is observed. - 18. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 17, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and a vertex at the radially outermost point of the tooth F5 are defined,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
wherein the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and withdraws with a surface A3 in a radially inner region opposite the triangle D Z and wherein 9.0 ≤ A3 / A1 ≤ 18 is complied with. - 19. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 18, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR) base points F1 and F2 and an apex F5 are defined at the radially outermost point of the tooth,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protruding in a radially outer region of the tooth with a surface A1 over the triangle D Z ,
wherein the tooth itself has a cross-sectional area A0 delimited by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and
whereby 1.5% ≤ A1 / A0 ≤ 3.5% is observed. - 20. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 19, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and a vertex at the radially outermost point of the tooth F5 are defined,
wherein the circular arc B running between F1 and F2 defines a tooth pitch angle γ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor NR around the center point defined by the axis C1,
where a point F11 is defined on the half arc B between F1 and F2,
a radial beam R drawn through the apex F5 from the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 intersects the circular arc B at a point F12,
wherein an offset angle β is defined by the offset from F11 to F12 considered in the direction of rotation of the secondary rotor (NR) and
in which - 21. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 20, characterized in that the trailing tooth flank F N of a tooth of the secondary rotor (NR), formed between F1 and F5, has a convex length fraction of at least 55% to at most 95% in an end section view. - 22. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 21, characterized in that in a front sectional view the radial jet drawn by the axis C1 of the secondary rotor (NR) through F5 converts the tooth profile into a surface portion A5 assigned to the leading tooth flank F V and one of the trailing tooth flank F N assigned area share A4 divides and where - 23. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 22, characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 320 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °, preferably 330 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °. - 24. A rotor pair according to one of the
aspects 15 to 23, characterized in that a blow hole factor µ Bl is at least 0.02% and at most 0.4%, preferably at most 0.25%,
in which
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor NR or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view denote the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 . - 25. rotor pair according to one of the
aspects 15 to 24, characterized in that for a blow hole / profile gap length factor µ l *µ Bl
and - 26. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 25, characterized in that the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio Π of up to 5, in particular with a pressure ratio Π of greater than 1 and up to 5, or alternatively a fluid-injected compression with a pressure ratio Π of up to 16, in particular with a pressure ratio Π of greater than 1 and up to 16, can be achieved, the pressure ratio being the ratio of the compression pressure to the intake pressure. - 27. A pair of rotors according to one of the
aspects 15 to 26, characterized in that in the case of a dry compression the main rotor is related to a tip circle KK 2 with a peripheral speed in a range from 20 to 100 m / s and in the case of a fluid-injected compression the main rotor is designed to be operable on a tip circle KK 2 with a peripheral speed in a range from 5 to 50 m / s. - 28. A rotor pair according to one of the
aspects 15 to 27, characterized in that for a diameter ratio defined by the ratio of the tip circle radii of the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) - 29. A pair of rotors for a compressor block of a screw machine, the pair of rotors consisting of a secondary rotor (NR) rotating about a first axis (C1) and a main rotor (HR) rotating about a second axis (C2),
the number of teeth (z 2 ) for the main rotor (HR) is 5 and the number of teeth (z 1 ) for the secondary rotor (NR) is 6,
where the relative profile depth of the secondary rotor
the ratio of the center distance α of the first axis (C1) to the second axis (C2) and the tip radius rk 1
wherein the main rotor is preferably designed with a wrap angle Φ HR , for which 240 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °, and preferably for a rotor length ratio L HR / a: - 30. rotor pair according to
aspect 29, characterized in
that arcs B 25 , B 50 , B 75 , whose common center point is C1, are defined in a frontal section view within a secondary rotor tooth, the radius r 25 of B 25 having the value rf 1 + 0.25 * (rk 1 -rf 1 ) , the radius r 50 of B 50 has the value rf 1 + 0.5 * (rk 1 -rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value rf 1 + 0.75 * (rk 1 -rf 1 ), and where the Circular arcs B 25 , B 50 , B 75 are each delimited by the leading tooth flank F V and trailing tooth flank F N ,
where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed:
0.76 ≤ ε 1 ≤ 0.86 and / or 0.62 ≤ ε 2 ≤ 0.72. - 31. A pair of rotors according to
29 or 30, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth define an apex F5 are,aspect
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and
where 4 ≤ A2 / A1 ≤ 7 is observed. - 32. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 31, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and a vertex at the radially outermost point of the tooth F5 are defined,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and withdraws with a surface A3 in a radially inner region opposite the triangle D Z and where 8 ≤ A3 / A1 ≤ 14 is complied with. - 33. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 32, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth a vertex F5 are defined,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protruding in a radially outer region of the tooth with a surface A1 over the triangle D Z ,
wherein the tooth itself has a cross-sectional area A0 delimited by the circular arc B running between F1 and F2 around the center defined by the axis C1 and
whereby 1.9% ≤ A1 / A0 ≤ 3.2% is observed. - 34. A pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 33, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and a vertex at the radially outermost point of the tooth F5 are defined,
wherein the circular arc B running between F1 and F2 defines a tooth pitch angle γ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor NR around the center point defined by the axis C1,
where a point F11 is defined on the half arc B between F1 and F2,
a radial beam R drawn through the apex F5 from the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 intersects the circular arc B at a point F12,
wherein an offset angle β is defined by the offset from F11 to F12 considered in the direction of rotation of the secondary rotor (NR) and
in which - 35. Pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 34, characterized in that the main rotor HR is designed with a wrap angle Φ HR , for which the following applies: 320 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °, preferably 330 ° ≤ Φ HR ≤ 360 °. - 36. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 35, characterized in that a blow hole factor µ Bl is at least 0.03% and at most 0.25%, preferably at most 0.2%,
in which
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor NR or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view denote the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 . - 37. rotor pair according to one of the
aspects 29 to 36, characterized in that for a blow hole / profile gap length factor µ l *µ Bl
and - 38. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 37, characterized in that the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) are designed and matched to one another such that dry compression with a pressure ratio Druck of up to 5, in particular with a pressure ratio Π of greater than 1 and up to 5, can be achieved or, alternatively, a fluid-injected compression with a pressure ratio Π of up to 20, in particular with a pressure ratio Π of greater than 1 and up to 20, can be achieved, the pressure ratio being the ratio of the discharge pressure to the intake pressure. - 39. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 38, characterized in that the main rotor (HR) based on a tip circle KK 2 in the case of a dry compression with a peripheral speed in a range of 20 to 100 m / s and in the case of a fluid-injected compression is designed to be operable with a peripheral speed in a range from 5 to 50 m / s. - 40. pair of rotors according to one of the
aspects 29 to 39, characterized in that for a diameter ratio defined by the ratio of the tip circle radii of the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) - 41. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 40, characterized in that in an end sectional view the arc lengths b (r) of the respectively associated concentric circular arcs running within a tooth of the secondary rotor with the radius rf 1 <r <rk 1 and the common one the axis C1 defined center point are limited by the leading tooth flank F V and the trailing tooth flank F N and the arc lengths b (r) decrease monotonically with increasing radius r. - 42. pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 41, characterized in that the end section design of the secondary rotor (NR) is made in such a way that the effective direction of the torque, which results from a reference pressure on the partial surface of the secondary rotor delimiting a working chamber, against the direction of rotation of the Secondary rotor is directed. - 43. Pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 42, characterized in that the main rotor (HR) and the secondary rotor (NR) for conveying air or inert gases, such as helium or nitrogen, are designed and matched to one another. - 44. A pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 43, characterized in that the profile of a tooth of the secondary rotor is asymmetrical with respect to the radial beam R drawn from the center point, which is defined by the axis C1, through the vertex F5. - 45. Pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 44, characterized in that a point C on the connecting section (C 1 C 2 ) is defined between the first axis (C1) and the second axis (C2), where the pitch circles WK 1 of the secondary rotor (NR) and WK 2 of the main rotor (HR) touch, that K5 the intersection of the root circle FK 1 of the secondary rotor ( NR) with the link (C 1 C 2 ) defined, where r 1 measures the distance between K5 and C,
and that K4 designates the point of the suction-side part of the line of engagement that is farthest from the connecting pathC 1 is spaced between C1 and C2, where r 2 measures the distance between K4 and C and where:C 2 - 46. Rotor pair according to one of the
aspects 1 to 45, characterized in that for a rotor length ratio L HR / a applies: - 47. pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 28, characterized in that, in an end sectional view, the tooth profile of the secondary rotor (NR) sectionally follows an arc ARC 1 with radius rk 1 at its radially outer section, that is to say several points of the leading tooth flank F V and of the trailing tooth flank F N lie on the circular arc with radius rk 1 around the center point defined by the axis C1, the circular arc ARC 1 preferably making an angle with respect to the axis C1 between 0.5 ° and 5 °, more preferably between 0.5 ° and 2.5 °,
where F10 is the most distant point from F5 on the leading tooth flank on this arc and
wherein the radial jet R 10 drawn between F10 and the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 touches the leading tooth flank F V in at least one point or intersects in two points. - 48. Compressor block comprising a compressor housing (15) and a pair of rotors according to one of the
aspects 1 to 47, the pair of rotors comprising a main rotor (HR) and a secondary rotor (NR), each of which is rotatably mounted in the compressor housing (15). - 49. Compressor block according to aspect 48, characterized in that the face cut design is carried out in such a way that the working chamber formed between the tooth profiles of the main rotor (HR) and secondary rotor (NR) can essentially be pushed out completely into the pressure window.
- 50. compressor block according to aspect 48 or 49,
characterized in that
a shaft end of the main rotor is led out of the compressor housing and is designed for connection to a drive, wherein
preferably both shaft ends of the secondary rotor are completely accommodated within the compressor housing.
Claims (24)
wobei die Anzahl der Zähne (z2) beim Hauptrotor (HR) 4 und die Anzahl der Zähne (z1) beim Nebenrotor (NR) 5 beträgt,
wobei die relative Profiltiefe des Nebenrotors
wobei das Verhältnis vom Achsabstand α der ersten Achse (C1) zur zweiten Achse (C2) und dem Kopfradius rk1
wobei der Hauptrotor mit einem Umschlingungswinkel ΦHR ausgebildet ist, für den gilt 320° ≤ ΦHR ≤ 360°, und wobei vorzugsweise für ein Rotorlängenverhältnis LHR/a gilt:
the number of teeth (z 2 ) for the main rotor (HR) is 4 and the number of teeth (z 1 ) for the secondary rotor (NR) is 5,
where the relative profile depth of the secondary rotor
the ratio of the center distance α of the first axis (C1) to the second axis (C2) and the tip radius rk 1
the main rotor being designed with a wrap angle Φ HR , for which 320 ° ≤ Φ HR ≤ 360 ° applies, and preferably for a rotor length ratio L HR / a:
dass in einer Stirnschnittbetrachtung innerhalb eines Nebenrotorzahns verlaufende Kreisbögen B25, B50, B75, deren gemeinsamer Mittelpunkt C1 ist, definiert sind, wobei der Radius r25 von B25 den Wert rf1+0.25*(rk1-rf1) hat, der Radius r50 von B50 den Wert rf1+0.5*(rk1-rf1) hat und der Radius r75 von B75 den Wert rf1+0.75*(rk1-rf1)hat, und wobei die Kreisbögen B25, B50, B75 jeweils durch die vorlaufende Zahnflanke FV und nachlaufenden Zahnflanke FN begrenzt werden,
wobei Zahndickenverhältnisse als Verhältnisse der Bogenlängen b25, b50, b75 der Kreisbögen B25, B50, B75 mit ε1 = b50/b25 und ε2 = b75/b25 definiert sind und folgende Bemessung eingehalten ist:
0,75 ≤ ε1 ≤ 0,85 und/oder 0,65 ≤ ε2 ≤ 0,74.Rotor pair according to claim 1, characterized in
that in an end sectional view within a secondary rotor tooth circular arcs B 25 , B 50 , B 75 , whose common center C1 is defined, the radius r 25 of B 25 having the value rf 1 + 0.25 * (rk 1 -rf 1 ), the radius r 50 of B 50 having the value rf 1 + 0.5 * (rk 1 -rf 1 ) and the radius r 75 of B 75 has the value rf 1 + 0.75 * (rk 1 -rf 1 ), and the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 are each limited by the leading tooth flank F V and trailing tooth flank F N become,
where tooth thickness ratios are defined as ratios of the arc lengths b 25 , b 50 , b 75 of the circular arcs B 25 , B 50 , B 75 with ε 1 = b 50 / b 25 and ε 2 = b 75 / b 25 and the following dimensioning is observed:
0.75 ≤ ε 1 ≤ 0.85 and / or 0.65 ≤ ε 2 ≤ 0.74.
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei in einem radial äußeren Bereich der Zahn mit seiner zwischen F5 und F2 ausgebildeten vorlaufenden Zahnflanke FV mit einer Fläche A1 und mit seiner nachlaufenden zwischen F1 und F5 ausgebildeten Zahnflanke FN mit einer Fläche A2 über das Dreieck DZ übersteht und
wobei 6 ≤ A2/A1 ≤ 15 eingehalten ist.A pair of rotors according to claim 1 or 2, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and an apex F5 are defined at the radially outermost point of the tooth,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
in a radially outer region the tooth with its leading tooth flank F V formed between F5 and F2 with a surface A1 and with its trailing tooth flank F N formed between F1 and F5 with a surface A2 protrudes beyond the triangle D Z and
where 6 ≤ A2 / A1 ≤ 15 is observed.
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht und in einem radial inneren Bereich gegenüber dem Dreieck DZ mit einer Fläche A3 zurücktritt und wobei 9,0 ≤ A3/A1 ≤ 18 eingehalten ist.A pair of rotors according to one of claims 1 to 3, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR) defines base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth a vertex F5 are,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
wherein the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protrudes beyond the triangle D Z in a radially outer region of the tooth with a surface A1 and withdraws with a surface A3 in a radially inner region opposite the triangle D Z and wherein 9.0 ≤ A3 / A1 ≤ 18 is complied with.
wobei durch F1, F2 und F5 ein Dreieck DZ definiert ist und
wobei die zwischen F5 und F2 ausgebildete vorlaufende Zahnflanke FV in einem radial äußeren Bereich des Zahns mit einer Fläche A1 über das Dreieck DZ übersteht,
wobei der Zahn selbst eine durch den zwischen F1 und F2 verlaufenden Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt begrenzte Querschnittsfläche A0 aufweist und
wobei 1,5 % ≤ A1/A0 ≤ 3,5 % eingehalten ist.Rotor pair according to one of claims 1 to 4, characterized in that in an end sectional view between the tooth of the secondary rotor (NR) under consideration and the respectively adjacent tooth of the secondary rotor (NR), base points F1 and F2 and at the radially outermost point of the tooth Vertices F5 are defined,
where a triangle D Z is defined by F1, F2 and F5 and
the leading tooth flank F V formed between F5 and F2 protruding in a radially outer region of the tooth with a surface A1 over the triangle D Z ,
wherein the tooth itself has a cross-sectional area A0 delimited by the circular arc B running between F1 and F2 around the center point defined by the axis C1 and
whereby 1.5% ≤ A1 / A0 ≤ 3.5% is observed.
wobei der zwischen F1 und F2 verlaufende Kreisbogen B um den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt einen Zahnteilungswinkel γ entsprechend 360°/Zahl der Zähne des Nebenrotors NR definiert,
wobei auf dem halben Kreisbogen B zwischen F1 und F2 ein Punkt F11 definiert ist,
wobei ein vom durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) durch den Scheitelpunkt F5 gezogener Radialstrahl R den Kreisbogen B in einem Punkt F12 schneidet,
wobei ein Versatzwinkel β durch den in Rotationsrichtung des Nebenrotors (NR) betrachteten Versatz von F11 zu F12 definiert wird und
wobei
wherein the circular arc B running between F1 and F2 defines a tooth pitch angle γ corresponding to 360 ° / number of teeth of the secondary rotor NR around the center point defined by the axis C1,
where a point F11 is defined on the half arc B between F1 and F2,
a radial beam R drawn through the apex F5 from the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 intersects the circular arc B at a point F12,
wherein an offset angle β is defined by the offset from F11 to F12 considered in the direction of rotation of the secondary rotor (NR) and
in which
wobei
wobei ABl eine absolute druckseitige Blaslochfläche und A6 und A7 Zahnlückenflächen des Nebenrotors NR bzw. des Hauptrotors (HR) bezeichnen, wobei die Fläche A6 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Nebenrotors (NR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten F5 und dem Kopfkreis KK1 eingeschlossene Fläche und die Fläche A7 in einer Stirnschnittbetrachtung die zwischen dem Profilverlauf des Hauptrotors (HR) zwischen zwei benachbarten Scheitelpunkten H5 und dem Kopfkreis KK2 eingeschlossene Fläche bezeichnen.Rotor pair according to one of claims 1 to 9, characterized in that a blow hole factor µ Bl is at least 0.02% and at most 0.4%, preferably at most 0.25%,
in which
where A Bl denotes an absolute pressure-side blow hole area and A6 and A7 tooth space areas of the secondary rotor NR or the main rotor (HR), the area A6 in a frontal section view that between the profile profile of the secondary rotor (NR) between two adjacent vertices F5 and the tip circle KK 1 enclosed area and the area A7 in an end sectional view denote the area enclosed between the profile profile of the main rotor (HR) between two adjacent vertices H5 and the tip circle KK 2 .
und
and
und dass K4 den Punkt des saugseitigen Teils der Eingriffslinie bezeichnet, der am weitesten von der Verbindungsstrecke
and that K4 denotes the point of the suction-side part of the line of engagement, the farthest from the link
wobei F10 der von F5 am weitest beabstandete Punkt auf der vorlaufenden Zahnflanke auf diesem Kreisbogen ist und
wobei der zwischen F10 und den durch die Achse C1 definierten Mittelpunkt des Nebenrotors (NR) gezogene Radialstrahl R10 die vorlaufende Zahnflanke FV in mindestens einem Punkt berührt oder in zwei Punkten schneidet.A pair of rotors according to one of claims 1 to 14, characterized in that, in an end sectional view, the tooth profile of the secondary rotor (NR) sectionally follows an arc ARC 1 with radius rk 1 at its radially outer section, i.e. several points of the leading tooth flank F V and the trailing one Tooth flank F N lie on the circular arc with radius rk 1 around the center point defined by the axis C1, the circular arc ARC 1 preferably making an angle with respect to the axis C1 between 0.5 ° and 5 °, more preferably between 0.5 ° and 2.5 ° includes
where F10 is the most distant point from F5 on the leading tooth flank on this arc and
wherein the radial jet R 10 drawn between F10 and the center point of the secondary rotor (NR) defined by the axis C1 touches the leading tooth flank F V in at least one point or intersects in two points.
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wellenende des Hauptrotors aus dem Verdichtergehäuse herausgeführt ist und zur Anbindung an einen Antrieb ausgebildet ist, wobei vorzugsweise beide Wellenenden des Nebenrotors vollständig innerhalb des Verdichtergehäuses aufgenommen sind.Compressor block according to claim 22 or 23,
characterized in that
a shaft end of the main rotor is led out of the compressor housing and is designed for connection to a drive, preferably both shaft ends of the secondary rotor being completely accommodated within the compressor housing.
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