RU97776U1

RU97776U1 - ROTARY SCREW MACHINE

Info

Publication number: RU97776U1
Application number: RU2008135205/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Виссарионович Карякин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Уральский центр инновационных технологий"
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-09-20

Abstract

1. Роторная винтовая машина для сжатия/расширения газообразных и многофазных сред, содержащая два ротора с разными числами заходов винтовой поверхности n1 и n2, причем n1>n2, винтовые поверхности роторов являются сопряженными, отличающаяся тем, что ротор с большим числом заходов в сечении плоскостью, проходящей через ось ротора, имеет профиль ! ! где z - координата вдоль оси ротора; ρ - расстояние до оси ротора; РZ - ход винтовой поверхности ротора с большим числом заходов; аw - расстояние между параллельными осями роторов; R1 - внешний радиус винтовых поверхностей ротора с большим числом заходов; R2 - внешний радиус винтовых поверхностей ротора с меньшим числом заходов, а величина Δ определяет зазор между винтовыми поверхностями. ! 2. Роторная винтовая машина по п.1, отличающаяся тем, что числа заходов винтовых поверхностей роторов связаны соотношением n2=n1-1, радиус R1 подчиняется соотношению , а радиус R2 - соотношению . 1. A rotary screw machine for compressing / expanding gaseous and multiphase media, containing two rotors with different numbers of entries of the screw surface n1 and n2, with n1> n2, the screw surfaces of the rotors are conjugated, characterized in that the rotor with a large number of entries in the plane cross section passing through the axis of the rotor has a profile! ! where z is the coordinate along the axis of the rotor; ρ is the distance to the axis of the rotor; PZ - stroke of the screw surface of the rotor with a large number of visits; aw is the distance between the parallel axes of the rotors; R1 is the outer radius of the screw surfaces of the rotor with a large number of approaches; R2 is the outer radius of the screw surfaces of the rotor with a smaller number of starts, and the value Δ determines the gap between the screw surfaces. ! 2. The rotor screw machine according to claim 1, characterized in that the number of visits of the screw surfaces of the rotors is related by the ratio n2 = n1-1, the radius R1 obeys the ratio, and the radius R2 - the ratio.

Description

Устройство предназначено для сжатия газообразных или многофазных сред (смеси газообразной среды и жидкости) и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуются создание давления. Возможно применение устройства для откачивания среды из изолированного объема, т.е. для создания вакуума - в качестве вакуумного насоса. Кроме того, устройство является обратимым и может быть использовано для преобразования энергии сжатой среды в механическую энергию - в качестве экспандера (детандера).The device is designed to compress gaseous or multiphase media (a mixture of a gaseous medium and a liquid) and can be used in various industries where pressure is required. It is possible to use a device for pumping a medium from an isolated volume, i.e. to create a vacuum - as a vacuum pump. In addition, the device is reversible and can be used to convert the energy of a compressed medium into mechanical energy - as an expander (expander).

Большая часть применяемых в настоящее время в технике винтовых машин основана на конструкции Лисхольма, например, [1 - Амосов П.Е. и др., Винтовые компрессорные машины, Справочник. Машиностроение, Ленинград, 1977, с.67-68]. Устройство имеет винтовые роторы с выпуклыми зубьями для ведущего ротора и вогнутыми впадинами для ведомого ротора. Число зубьев ведущего ротора - четыре, а ведомого - шесть. Профили резьбы в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, - сложные, асимметричные, длина винтовой поверхности ведущего ротора - от 0,75 до 0,86 витков (от 270° до 310°). Устройство подает перекачиваемый газ отдельными порциями, причем порции формируются винтовыми поверхностями роторов, цилиндрическими и торцевыми поверхностями корпуса.Most of the screw machines currently used in the technique are based on the Lishholm design, for example, [1 - P. Amosov. et al., Screw compressor machines, Handbook. Engineering, Leningrad, 1977, p.67-68]. The device has helical rotors with convex teeth for the driving rotor and concave cavities for the driven rotor. The number of teeth of the leading rotor is four, and the follower is six. The thread profiles in the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor are complex, asymmetric, the length of the screw surface of the driving rotor is from 0.75 to 0.86 turns (from 270 ° to 310 °). The device delivers the pumped gas in separate portions, and the portions are formed by the helical surfaces of the rotors, cylindrical and end surfaces of the housing.

Значительное влияние на КПД и другие характеристики винтовой машины оказывает профиль винтовых поверхностей.A significant impact on the efficiency and other characteristics of the screw machine has a profile of screw surfaces.

В техническом решении, являющемся наиболее близким к заявляемому (прототипом) «Роторный компрессор (варианты)» [2 - Патент RU 32212 U1 от 10.09.2003, F04C 18/08, авторы Круглов Н.В. и др.] предложен роторный компрессор, содержащий корпус с образованной цилиндрическими поверхностями рабочей камерой и размещенную в ней пару роторов, профили зубьев которых содержат участки кривых в параметрическом виде относительно осей X, Y в прямоугольной системе координат:In the technical solution, which is closest to the claimed (prototype) "Rotary compressor (options)" [2 - Patent RU 32212 U1 from 09/10/2003, F04C 18/08, authors Kruglov N.V. et al.] a rotary compressor is proposed comprising a housing with a working chamber formed by cylindrical surfaces and a pair of rotors placed in it, the tooth profiles of which contain sections of curves in a parametric form relative to the X, Y axes in a rectangular coordinate system:

эпициклоиды:epicycloids:

окружности:circumference:

удлиненной эпициклоиды:elongated epicycloids:

а профили впадин содержат участки кривыхand hollow profiles contain sections of curves

удлиненной эпициклоиды:elongated epicycloids:

окружности:circumference:

эпициклоиды,epicycloids,

Недостатками данного устройства являются прерывистость подачи газа, шум, вибрации, пульсации давления.The disadvantages of this device are intermittent gas supply, noise, vibration, pressure pulsation.

Задачами заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков и повышение КПД устройства.The objectives of the proposed technical solution is to remedy these shortcomings and increase the efficiency of the device.

Решение указанных задач обеспечивается тем, что заявляемое устройство содержит два ротора с разными числами заходов винтовой поверхности n₁ и n₂. причем n₁>n₂, винтовые поверхности роторов являются сопряженными.The solution to these problems is ensured by the fact that the inventive device contains two rotors with different numbers of visits of the helical surface n ₁ and n ₂ . moreover, n ₁ > n ₂ , the helical surfaces of the rotors are conjugated.

Отличительные признаки заявляемого устройства от прототипа заключаются в том, что ротор с большим числом заходов в сечении плоскостью, проходящей через ось ротора, имеет профильDistinctive features of the claimed device from the prototype are that the rotor with a large number of approaches in the section by a plane passing through the axis of the rotor has a profile

где z - координата вдоль оси ротора, ρ - расстояние до оси ротора, Р_Z - ход винтовой поверхности ротора, a_w - расстояние между параллельными осями роторов, R₁ внешний радиус винтовых поверхностей ротора с большим числом заходов, R₂ - внешние радиус винтовых поверхностей ротора с меньшим числом заходов, а величина А определяет зазор между винтовыми поверхностями. Также числа заходов винтовых поверхностей роторов связаны соотношением n₂=n₁-1, радиусы R₁, и R₂ подчиняется соотношениям:where z is the coordinate along the axis of the rotor, ρ is the distance to the axis of the rotor, P _Z is the stroke of the screw surface of the rotor, a _w is the distance between the parallel axes of the rotors, R _{1 is the} outer radius of the screw surfaces of the rotor with a large number of entries, R ₂ is the outer radius of the screw rotor surfaces with a smaller number of starts, and the value A determines the gap between the helical surfaces. Also, the number of visits of the screw surfaces of the rotors are connected by the ratio n ₂ = n ₁ -1, the radii R ₁ , and R ₂ obeys the relations:

Значение величины Δ зависит от технологии обработки винтовых поверхностей, конструктивных особенностей устройства и рабочей температуры и составляет 0,01÷0,2 мм.The value of Δ depends on the processing technology of screw surfaces, design features of the device and operating temperature and is 0.01 ÷ 0.2 mm.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявляемого изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all existing features of the claimed invention, therefore, it meets the criterion of "novelty."

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой на фиг 1 и 2.The essence of the invention is illustrated by the diagram in Fig 1 and 2.

На фиг.1 представлены сопряженные винтовые поверхности роторов. Изображение получено с помощью компьютерной твердотельной модели. В качестве примера выбраны числа заходов n₁=3 и n₂=2, поэтому, согласно соотношениям (2), внешний радиус трехзаходной винтовой поверхности составляет 60% от межосевого расстояния a_w: R₁=0,6а_w.Figure 1 shows the mating helical surfaces of the rotors. The image was obtained using a computer solid-state model. The number of approaches n ₁ = 3 and n ₂ = 2 was chosen as an example; therefore, according to relations (2), the outer radius of the three-way helical surface is 60% of the axle distance a _w : R ₁ = 0.6а _w .

На фиг.2 приведен осевой профиль винтовой поверхности ротора с большим числом заходов, т.е. сечение плоскостью, проходящей через оси обоих роторов. Ось ротора с большим числом заходов на фиг.2 расположена внизу, а ось ротора с меньшим числом заходов - вверху, межосевое расстояние обозначено a_w. Профиль винтовой поверхности с меньшим числом заходов наFigure 2 shows the axial profile of the helical surface of the rotor with a large number of visits, i.e. section by a plane passing through the axis of both rotors. The rotor axis with a large number of entries in Fig. 2 is located below, and the rotor axis with a smaller number of entries is at the top, the center distance is a _w . The profile of the helical surface with fewer hits on

фиг.2 не показан. Внешний радиус R₂ винтовой поверхности ротора с меньшим числом заходов практически равен расстоянию от его оси до дна винтовой впадины ротора с большим числом заходов (различие обусловлено зазорами в зацеплении и составляет 10÷50 мкм). Профиль винтовой поверхности с большим числом заходов описывают функцией в прямоугольной системе координат в виде зависимости (1) z(ρ), при этом ось z совпадает с осью ротора, ось ρ направлена по радиусу, причем начало отсчета выбрано так, чтобы выполнялось соотношение z(a_w-R₂)=0.figure 2 is not shown. The outer radius R _{2 of the} helical surface of the rotor with a smaller number of starts is almost equal to the distance from its axis to the bottom of the helical cavity of the rotor with a large number of starts (the difference is due to the gaps in the engagement and is 10 ÷ 50 μm). The profile of a helical surface with a large number of approaches is described by a function in a rectangular coordinate system in the form of the dependence (1) z (ρ), the z axis coinciding with the rotor axis, the ρ axis being directed along the radius, and the reference point was chosen so that the relation z ( a _w -R ₂ ) = 0.

Поскольку винтовые поверхности роторов являются сопряженными, т.е. представляют собой два косозубых зубчатых колеса, профиль винтовой поверхности с меньшим числом заходов может быть опредлен известными методами теории зубчатых зацеплений; указанные методы приведены, например, в [3 - Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. - М.: Наука, 1968. - 584 с.]. При этом для расчетов теоретического зацепления полагают величину Δ=0, а при расчетах реального зацепления, как указано выше, Δ=0,01÷0,2 мм.Since the screw surfaces of the rotors are conjugated, i.e. represent two helical gears, the profile of the helical surface with a smaller number of runs can be determined by known methods of the theory of gears; these methods are given, for example, in [3 - Litvin F.L. Theory of gears. - M .: Nauka, 1968. - 584 p.]. In this case, for calculations of theoretical gearing, the value Δ = 0 is assumed, and for calculations of real gearing, as indicated above, Δ = 0.01 ÷ 0.2 mm.

Работа заявляемого устройства происходит следующим образом. Роторы, расположенные в цилиндрических расточках корпуса, образуют замкнутые винтовые полости с перекачиваемой средой. При вращении роторов в противоположные стороны указанные полости перемещаются в осевом направлении. Когда объем полости уменьшается, например, за счет прижатия ее к торцу корпуса, происходит повышение давления перекачиваемой среды.The operation of the claimed device is as follows. The rotors located in the cylindrical bores of the casing form closed helical cavities with a pumped medium. When the rotors rotate in opposite directions, these cavities move in the axial direction. When the volume of the cavity decreases, for example, by pressing it to the end of the housing, there is an increase in the pressure of the pumped medium.

Следовательно, заявляемое устройство обладает по сравнению с прототипом иной геометрической формой винтовых поверхностей роторов.Therefore, the claimed device has, in comparison with the prototype, a different geometric shape of the helical surfaces of the rotors.

Таким образом, предлагаемая роторная винтовая машина, благодаря совокупности существенных признаков, изложенных в формуле, обеспечивает высокий КПД, меньшую прерывистость подачи среды, меньший уровень шума и вибрации, пониженный уровень пульсации давления.Thus, the proposed rotary screw machine, due to the combination of essential features set forth in the formula, provides high efficiency, less discontinuity of the medium, less noise and vibration, lower pressure pulsation.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».Comparison of the essential features of the proposed and known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Амосов П.Е. и др., Винтовые компрессорные машины, Справочник. Машиностроение, Ленинград, 1977, с.67-68.1. Amosov P.E. et al., Screw compressor machines, Handbook. Engineering, Leningrad, 1977, p. 67-68.

2. Патент RU 32212 U1 от 10.09.2003, F04C 18/08, авторы Круглов Н.В, Анохин В.А., Анохин В.В., Круглов Д.Н.2. Patent RU 32212 U1 dated 09/10/2003, F04C 18/08, authors Kruglov N.V., Anokhin V.A., Anokhin V.V., Kruglov D.N.

3. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. - М.: Наука, 1968. - 584 с.3. Litvin F.L. Theory of gears. - M .: Nauka, 1968 .-- 584 p.

Claims

1. A rotary screw machine for compressing / expanding gaseous and multiphase media, containing two rotors with different numbers of entries of the screw surface n ₁ and n ₂ , and n ₁ > n ₂ , the screw surfaces of the rotors are conjugated, characterized in that the rotor with a large number approaches in cross section by a plane passing through the axis of the rotor has a profile

where z is the coordinate along the axis of the rotor; ρ is the distance to the axis of the rotor; P _Z - the stroke of the helical surface of the rotor with a large number of visits; and _w is the distance between the parallel axes of the rotors; R ₁ - the outer radius of the screw surfaces of the rotor with a large number of visits; R ₂ is the outer radius of the screw surfaces of the rotor with a smaller number of starts, and the value Δ determines the gap between the screw surfaces.

2. The rotor screw machine according to claim 1, characterized in that the number of visits of the screw surfaces of the rotors are connected by the ratio n ₂ = n ₁ -1, the radius R ₁ obeys the ratio

, and the radius R ₂ - the ratio

.