FI70983C - Rotor med spiralformade flaensar och mellanliggande spaor - Google Patents

Description

1 70983

Roottori, jossa on kierukkamaiset rivat ja välissä olevat urat

Keksinnön kohteena on roottori, jossa on kierukkamaiset rivat ja välissä oleva urat ja joka pyörii akselin ympäri, ja joka on hammastetusti kytketty yhteistoimintaan roottoriin koneen rungon sisällä, niin että runkoon syötetty neste joutuu uriin ja sen paine muuttuu roottorien lomituksen ja kiertymisen ansiosta, jolloin kussakin urassa on johtava kylki ja jättökylki roottorin tietyn pyörintäsuunnan suhteen, ja roottorin urien kyljet ovat pääasiassa koverat, ja jolloin johtava kylki tyvessään on ympyränkaaren muotoinen.

Tunnetussa tekniikassa on tässä mainituntyyppisiä koneita varten runsaasti roottoriprofiileja, jotka ovat parantaneet koneen hyötysuhdetta. Esimerkkeinä näistä mainittakoon US-patentit 3 423 017 ja 4 028 026.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan vielä tehokkaampia roottoriprofiileja, jotka parantavat koneen hyötysuhdetta parantamalla roottorien välistä painekulmaa ja myös muodostamalla käytetyn ja käyttävän roottorin väliin tiivistyspintoja, jotka kuormittavat tai kohdistavat vääntömomenttia käytettyyn roottoriin suljetussa säiliössä olevan kaasun paineen avulla positiivisessa tai eteenpäin pyörivässä suunnassa.

Erityisesti tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan roottori, jossa on kierukkavälipaikat ja välissä sijaitsevat urat ja joka voi pyöriä akselin ympäri, niin että se kytkeytyy yhteistoimintaan koneen rungossa hammastuvaan roottoriin, niin että tällaiseen runkoon päästetty neste joutuu uriin ja sen paine muuttuu roottorien yhdessä toimivan hammastuksen ja pyörinnän ansiosta. Keksinnön mukainen roottori on tunnettu siitä, että ympyränkaarta seuraa evolventti väliosa, jota välittömästi seuraa elliptinen osa, että evolventtiosa ja viereinen elliptinen osa määrittävät pintoja, jotka roottorin ollessa hammasvälitteisesti kytketty roottoriin tuottavat painekulman, joka on noin 40° kaaresta, ja että elliptinen osa sijaitsee roottorin uloimman kärjen vieressä.

Keksinnön muut tarkoitukset ja tunnusmerkit käyvät selville seuraavasta selityksestä sekä oheisista piirustuksista, joissa 2 70983 kuvio 1 on viivapiirustus keksinnön mukaisen käytetyn naa-rasroottorin osan profiilista, kuvio 2 on osittainen viivapiirustus keksinnön mukaisen yhdessä toimivan, käyttävän koirasroottorin osan profiilista, kuvio 3 on viivakuva kuvien 1 ja 2 roottorien koko profiileista roottorien ollessa kytkeytyneinä yhteistoimintaan*ja kuvio 4 esittää ruuvikompressorin suoritusarvokäyriä.

Kuten kuviossa 1 esitetään, käytetyssä naarasroottorissa 10 on keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti kuusi kierukkaa (joista vain kaksi on esitetty kokonaan) ja saman määrän välissä olevia kierukkauria 14 (joista kaikkia ei ole esitetty kokonaan). Yhdessä toimivan koirasroottorinsa (kuvio 2) suhteen naarasroottorissa on jakoympyrä 16 ja pyörivä akseli 18. Akseli 18 sijaitsee yhteisessä tasossa 20 akselin 46 kanssa.

Keksinnön mukaisesti naarasroottorin 10 profiili muodostuu seuraavasti. Naarasroottorin 10 osa B-C on ympyränkaari 22, jonka keskipiste sijaitsee jakoympyrällä 16. Ympyränkaari 22 alkaa tason 20 alapuolella ja ulottuu hieman yli puolenvälin ylös roottorin käytettyä, johtavaa kylkeä 24 pitkin. Naarasroottorin 10 osa C-D on evolventtiosa 26, joka sivuaa ympyränkaarta 22 kohdassa C. Evolventtiosa 26 päättyy kohtaan, jossa se leikkaa naarasroottorin jakoympyrän 16. Naarasroottorin 10 osaa D-E on soikea osa 28, joka sivuaa evclvent-tiosaa 26 pisteessä D ja ulkohalkaisijaympyrää 30 pisteessä E. Naarasroottorin osa E-E^ on ympyränkaaren 32 osa. Naarasroottorin osa B-A on epitrokoidi 34, jonka generoi koirasroottorin piste H (kuvio 2). Piste A sijaitsee naarasroottorin jako-ympyrällä 16. Naarasroottorin osa A-E^ on ympyränkaari 36, jonka keskipiste sijaitsee naarasroottorin jakoympyrällä sivuten osaa 32 ja kulkien pisteen A kautta.

Kuvion 2 mukaisesti keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa käytetyssä koirasroottorissa 38 on viisi kierukkauloketta 40 (joista vain yksi on esitetty kokonaan) ja sama määrä välissä sijaitsevia kierukkauria 42 (joista vain kaksi on esitetty). Yhdessä toimivan naarasroottorinsa 10 suhteen 3 70983 (kuvio 1) siinä on jakoympyrä 44 ja pyörivä akseli 46. Kuten todettiin, akselit 18 ja 46 sijaitsevat yhteisessä tasossa 20 roottorien ollessa hammastuneina toisiinsa.

Keksinnön mukaisesti koirasroottorin 38 profiili muodostuu seuraavasti. Koirasroottorin 38 osa H-I on ympyränkaari 48, jonka keskipiste sijaitsee koirasroottorin jakoympyrällä 44. Ympyränkaari 48 on identtinen naarasroottorin 10 ympyränkaa-ren 22 (B-C) kanssa. Osa I-J on generoitu osa 50, jonka generoi naarasroottorin 10 evolventtiosa 26 (D-C). Osa J-K on generoitu osa 52, jonka generoi naarasroottorin 10 soikea osa 28 (D-E). Osa K-K^ on ympyränkaari 54. Osa G-H on episykloi-di, jonka generoi naarasroottorin 10 piste A. Osa G-K^ on ympyränkaari, jonka keskipiste sijaitsee jakoympyrällä. Kuten kuvioissa 10 ja 38 esitetään, roottorit ovat hammastuneina toisiinsa ja naarasroottorin evolventtiosa 26 muodostaa oleellisen tiivistävän välipinnan yhdessä koirasroottorin 38 generoidun osan 50 (I-J) kanssa. Niiden väliin muodostuva paine-kulma on suunnilleen 40° kaaresta. Kun naarasroottorin 10 soikea osa 28 (D-E) on suljettu koirasroottorin generoidun osan 52 (J-K) päälle (kuten kuvion 3 katkoviivat esittävät), niiden välinen painekulma on oleellisen muuttumaton.

Evolventin ja soikean osan 26 ja 28 sijainti, ts. alku, ulottuvuudet ja päättymiset ovat kriittiset yllä mainittujen painekulmien määräytymisen kannalta. Tässä esitetään evolvent-tiosan 26 alkupiste. Naarasroottorilla 10 on ympyrän 30 määräämä ulkohalkaisija, ja urilla 14 on sisimmät pisteet, jotka muodostavat uran pienimmän halkaisijan 60. Evolventtiosa 26 ulottuu ulospäin johtavaa kylkeä pitkin alkupisteestä C, joka sijaitsee halkaisijalla, joka on oleellisen puolessa välissä ulkohalkaisijän 30 ja uran pienimmän halkaisijan 60 välillä.

Evolventtiosa 26 päättyy jakoympyrään (pisteessä D) ja yhtyy pehmeästi rajakkain soikeaan osaan 28. Jälkimmäinen osa yhtyy myös pehmeästi uloimpaan ympyrän osaan 32.

4 70983 Tässä 5/6 roottorimuodossa (ts. viisiulokkeinen koiras-roottori, kuusiripainen naarasroottori) on vielä eräs tärkeä geometria, joka on pienimmän sallitun rivan leveyden, soikean osan 28 ja evolventtiosan 26 pituuksien ja generoidun osan 34 sekä ympyrän osan 22 välipinnan funktio. Mainittu välipinta esiintyy pisteessä B, ja soikean osan 28 etupääte-piste sijaitsee pisteessä E (uloimmalla halkaisijalla 30). Välipinnan pisteen B ja edellä mainitun päätepisteen E välille piirretyn suoran viivan 62 täytyy nyt mennä evolventtiosan 24 alkupisteen C poikki.

Entistä parempien, edellä mainittujen painekulmien lisäksi roottoriprofiilit muodostavat tiivistyspisteitä 64, 66 ja 68 (kuvio 3), jotka yhdessä rajoittavat puristetun kaasun säiliön 70. Tiivistyspiste 64 on pääasiassa huomattavan tehokas pintatiiviste. Se sijaitsee naarasroottorin 10 evolventtiosan 26 ja koirasroottorin generoidun osan 50 välissä. Tiivistys-pisteet 66 ja 68 ovat oleellisesti pistekosketustiivisteitä, minkä vuoksi niiden tehokkuus on rajoitettu. Tiivistyspiste 66 muodostuu koirasroottorin pisteen H ja naarasroottorin 10 generoidun pinnan 34 välisestä välipinnasta; tiivistyspiste 68 muodostuu naarasroottorin pisteen A ja koirasroottorin generoidun pinnan 56 välisestä välipinnasta. Roottoriprofiilit muodostavat nyt yhdessä säiliön, jolla on sellainen muoto ja teho, että se kohdistaa positiivista vääntömomenttia naarasroottoriin 10 ja parantaa vähemmän tehokkaita tiivistyspisteitä 66 ja 68. Tätä selitetään seuraavassa tekstissä.

Kuten kuviossa 3 esitetään, roottorit saavat aikaan kierron esitettyjen nuolien mukaisesti, jolloin naarasroottori 10 liikkuu myötäpäivään ja sen kanssa yhdessä toimiva koiras-roottori 38 kiertää vastapäivään. Säiliö 70 on sivulle siirretty puolikuu, joka kohdistaa suurimman osan kaasun paineesta naarasroottorin rivan johtavan kyljen oleellista pituutta pitkin pakottaen sen myötäpäivään tai positiivisen vään-tömomentin suuntaan. Säiliön kaasun paine kohdistaa samanlaisen paineen koirasroottorin ulokkeen etukylkeen. Tämän seurauksena vähemmän varmat pisteiden 66 ja 68 tiivistykset 5 70983 liikkuvat tai taipuvat rajallisesti lähempään kosketukseen, mikä parantaa niiden kriittistä tiivistystä.

Tämä on tietysti hyvin runsas tekniikan ala, ja nykyiset parannukset ovat vähäisiä. Profiilin vähäiset muutokset, paine-kulmat ja geometriat voivat myös aluksi näyttää keksinnöllisesti vähäisiltä. Kuitenkin tällaiset parannukset, jos ne merkittävästi parantavat koneen tehoa ja säästävät huomattavasti energiaa, ovat kiitettäviä ja edistävät tekniikan tasoa. Tässä esitetyt uudet profiilit ovat tällaisia suositeltavia parannuksia. Kuvio 4 esittää vertailukelpoisten ruuvikompres-sorien, nykyään markkinoilla olevien kompressorien, joita on merkitty kirjaimilla "G" ja "K", suoritusarvokäyriä. Käyrä "I" johdettiin ensimmäisestä pääasiassa keksinnön mukaisesta generaatio-prototyyppiruuvikompressorista, ja käyrä "II" johdettiin myöhemmästä, toisesta generaatio-prototyyppiruuvi-kompressorista, joka oli selvemmin muodostettu keksinnön mukaisesti. On huomattava, että hyötyhevosvoimamäärä ja käyrän "II" suhteellinen loivuus edustavat merkittävää edistystä alalla. Se johtuu tässä esitetyistä uusista profiilin parannuksista, entistä paremmista painekulmista ja tietyistä profiilin geometrioista.

Edellä esitettyjen lisäksi erityisesti naarasroottorilla on muita nimenomaisia geometrioita, jotka parantavat sen hyötysuhdetta. Esimerkiksi generoidun pinnan 34 etupisteen B keskipisteestä piirretty ympyränkaari 72, joka puolittaa (generoidun pinnan 34) takapisteen A, käsittää säteen, joka on oleellisesti täsmälleen kaksi kertaa sen ympyränkaaren 74 säde, joka on piirretty evolventtiosan 26 alkupisteen C keskipisteestä ja joka puolittaa soikean osan 28 alkupisteen.

Soikea osa 28 käsittää säteittäisen kaaren 76, joka on ainakin kaksi kertaa ympyrän kaaren 36 sisältämä säteittäinen kaari 78. Rivan/ripojen 12 profiilin leveys säteittäisesti uloim-malla pinnalla (E-E^) on pienempi kuin 1/3 leveydestä profiilin yli evolventtiosan 26 alkupisteen C kohdalla.

6 70983 Nämä geometriat, suhteelliset mitat ja suhteet on kehitelty huolellisesti ja tarkoitettu antamaan uusien roottorien 10 ja 38 hyötysuhteeltaan entistä paremmat profiilit.

Vaikka keksintöä on selitetty sen tiettyjen suoritusmuotojen avulla, on selvää, että näin on tehty vain esimerkin vuoksi eikä tarkoituksena ole rajoittaa keksinnön piiriä, sellaisena kuin se määritetään oheisissa patenttivaatimuksissa.

Claims (14)

1. Roottori (10), jossa on kierukkamaiset rivat (12) ja välissä olevat urat (14) ja joka pyörii akselin (18) ympäri, ja joka on hammastetusta kytketty yhteistoimintaan roottoriin koneen runqon sisällä (38), niin että runkoon syötetty neste joutuu uriin ja sen paine muuttuu roottorien lomituksen ja kiertymisen ansiosta, jolloin kussakin urassa (14) on johtava kylki (24) ja jättökylki (34) roottorin tietyn pyörintäsuunnan suhteen, ja roottorin urien kyljet ovat pääasiassa koverat, ja jolloin johtava kylki (24) tyvessään on ympyränkaaren (22) muotoinen, tunnettu siitä, että ympyränkaarta (22) seuraa evolventti väliosa (26), jota välittömästi seuraa elliptinen osa (28), että evolventtiosa (26) ja viereinen elliptinen osa (28) määrittävät pintoja, jotka roottorin (10) ollessa hammasvälitteisesti kytketty roottoriin (38) tuottavat pamekulman, joka on noin 40 kaaresta, ja että elliptinen osa (28) sijaitsee roottorin uloinunan kärjen (32) vieressä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että jättökyljen (34) osa, joka on johtavan kyljen (24) vieressä, muodostaa ympyränkaaren.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että evolventtiosa (26) sijaitsee ympyränkaaren (22) ja elliptisen osan (28) vieressä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että elliptinen osa (28) ja evolventtiosa (26) sijaitsevat vierekkäin.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että elliptinen osa (28) yhtyy viereiseen ripaan (32), että viereinen ripa edelleen yhtyy toisen viereisen uran jättökyIkeen (34) toisen ympyränkaaren (26) kautta, ja 8 70983 että elliptinen osa (28) käsittää säteittäisen kaaren (D-E), joka on ainakin kaksi kertaa niin pitkä kuin toinen ympyrän-kaari (E-E').

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että roottorilla (10) on jakoympyrä (16), joka sijaitsee keskitetysti akselilla (18), ja että elliptinen osa (28) sijaitsee jakoympyrän (16) ulkopuolella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen roottori, tunnet- t u siitä, että evolventtiosa (26) sijaitsee jakoympyrän (16) sisällä.

7 70983

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että ympyränkaari (22), evolventtiosa (26) ja elliptinen osa (28) käsittävät kolme eripituista johtavan kyljen (24) osaa, ja että ympyränkaari (22) käsittää suurimman osan johtavasta kyljestä (24).

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että elliptinen osa (28) käsittää pienimmän osan johtavasta kyljestä (24).

10. Patenttivaatimusen 4 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että evolventtiosa (26) käsittää johtavan kyljen (24) keskisuuren osuuden.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että roottorilla (10) on tietty ulkohalkaisija (30), että kussakin urassa (14) on säteittäisesti sisin piste (B), joka sijaitsee yhteisellä tietyllä säteellä mainitusta akselista muodostaen roottorille uran pienimmän halkaisijan, ja että evolventtiosa (26) ulottuu ulospäin johtavaa kylkeä (24) pitkin alkupisteestä (C), joka sijaitsee oleellisesti puolessavälissä mainitun ulkohalkaisijän ja uran pienimmän halkaisijan välillä. 70983

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että johtava kylki (24) yhtyy sen viereiseen ripaan (32) muodostaen siihen kyljen päätepisteen (E), että mainittu ympyränkaari (22) ulottuu jättökyIkeen (34) kaaren päätepisteen muodostavaan pisteeseen (B), ja että kyljen päätepisteestä (E) kaaren päätepisteeseen (B) piirretty suora viiva menee evolventtiosan alkupisteen (C) kautta.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että jättökyIki (34) käsittää generoidun osan, jossa on johtava piste ja jättöpiste (B, A), että elliptisellä osalla (28) on johtava piste ja jättöpiste (E, D), ja että generoidun osan johtavan pisteen (B) keskeltä piirretty ympyränkaari (72), joka puolittaa generoidun osan jättöpisteen (A), käsittää säteen, joka on oleellisesti täsmälleen kaksi kertaa evolventtiosan (26) alkupisteen (C) keskeltä piirretyn ympyränkaaren (74) säde, joka ympyränkaari puolittaa elliptisen osan (28) mainitun osan jättöpisteen (D).

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen roottori, tunnet-t u siitä, että yksi johtavista kyljistä (24) ja sen edessä mainitun tietyn pyörintäsuunnan suhteen olevan uran (14) jät-tökylki (34) rajoittavat väliinsä rivan (12), ja että mainitulla rivalla on säteittäisesti uloimmalla pinnallaan (E,E") leveys, joka on pienempi kuin l/3 sen leveydestä ja sen poikki evolventtiosan (26) mainitun alkupisteen (C) kohdalla. 10 70983