роторная машина

Формула изобретения

1. РОТОРНАЯ МАШИНА, содержащая корпус с входным и выходным каналами и неподвижной перемычкой, расположенной между ними, и размещенные в корпусе внутреннюю и наружную шестерни, имеющие внутреннее зацепление, зубья которых образуют рабочие камеры переменного объема, отличающаяся тем, что зубья наружной шестерни со стороны корпуса выполнены с клиновидными участками, расположенными по всей длине зубьев, во впадинах внутренней шестерни выполнены плоские участки, а профили вершин зубьев внутренней шестерни выполнены по трохоиде, при этом внутренняя шестерня частично или полностью выполнена из полимерного материала.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность внутренней шестерни покрыта полиуретаном.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя шестерня выполнена из полиуретана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, и может быть использовано в качестве компрессорных или расширительных машин.

Известны роторные машины, содержащие корпус с входным и выходным каналами и перемычкой между ними, а также размещенные в корпусе шестерни внутреннего зацепления.

Недостатком аналога является некачественное уплотнение щелей между полостями разного давления, что влечет за собой недостаточно высокий КПД машины.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является роторная машина, содержащая корпус с входным и выходным каналами и перемычкой между ними, а также размещенные в корпусе шестерни, имеющие внутреннее зацепление, зубья которых при обкатывании образуют рабочие камеры переменного объема, причем профили рабочих зубьев шестерен выполняются по смещенным гипотрохоидам.

Недостатком прототипа является то, что технические решения направлены на уплотнение кольцевой щели, образующейся между наружной поверхностью зубьев наружной шестерни и неподвижным корпусом машины, в то время, как в машине имеется еще целый ряд подлежащих уплотнению щелей.

Технической задачей является повышение КПД машины за счет уплотнения не только вышеуказанной щели, которая, являясь весьма протяженной по глубине, не столь опасна для эффективности машины, но и уплотнение неглубоких щелей между отдельными рабочими полостями переменного объема, а также уплотнение щели, образующейся из-за смещения трохоид между полостями объема, близкого к максимальному (начало сжатия в компрессорных машинах и конец расширения в детандерах), а также щели между каналами входа и выхода газа в машину.

Технический результат достигается тем, что на зубьях наружной шестерни со стороны корпуса выполнены клиновидные участки по всей длине зубьев, что позволяет более надежно разместить в кольцевой щели уплотняющий жидкостный затвор, во впадинах внутренней шестерни выполнены плоские участки на определенном радиальном расстоянии от центра внутренней шестерни и профиль вершин зубьев внутренней шестерни выполнен по трохоиде, при этом внутренняя шестерня полностью или частично выполнена из полимерного материала. Все это позволяет достигнуть более качественного уплотнения щелей в машине и, как следствие, повысить КПД машины.

Пункты формулы изобретения 2 и 3 конкретизируют материал, который используется для изготовления внутренней шестерни. А именно используется полиуретан, который не только приводит к улучшению уплотнения в зоне контакта, но и улучшает шумовые характеристики машины.

На фиг. 1 изображена роторная машина, поперечный разрез; на фиг. 2 профиль внутренней шестерни; на фиг. 3 профиль наружной шестерни (фрагмент); на фиг. 4 схема подачи уплотняющей жидкости в кольцевую щель.

Роторная машина содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 каналы (для случая компрессорной машины), внутреннюю 4 и наружную 5 шестерни, зубья которых при обкатывании образуют рабочие камеры переменного объема 6 и неподвижную перемычку 7.

На фиг. 1 указаны щели:

"а" кольцевая щель большой глубины между наружной поверхностью наружной шестерни и неподвижным корпусом; "а1" то же, в промежутке между впускными и выпускными окнами;

"б" линейная щель малой глубины между зубьями наружной и внутренней шестерен;

"в" линейная щель-зазор, образующийся из-за смещения трохоид;

"г" линейная щель со сходящимися стенками между впадинами внутренней шестерни и выступом зуба наружной шестерни, образующаяся в зоне перехода зубьев между каналами входа и выхода газа.

На фиг. 2 изображен профиль зубьев внутренней шестерни, где:

1 _вн^см угол смещения гипотрохоиды зубьев внутренней шестерни;

2 _нар^см угол смещения гипотрохоиды зубьев наружной шестерни;

3 R_нар^min радиус впадин зубьев наружного ротора;

4 R_вн^кор R_нар^min e радиус расположения площадки во впадинах между зубьями внутреннего ротора;

5 теоретический профиль впадины внутреннего ротора,

6 смещенная гипотрохоида [Ze; (Z-1)e; (Z01)e] образующая зубья наружной шестерни;

7 смещенная гипотрохоида [(Z-1)e; (Z-2)e; (Z-2)e] образующая зубья внутренней шестерни;

8 угол между касательной к гипотрохоиде наружного ротора и нормалью к радиусу-вектору в точке перелома смещенной гипотрохоиды;

9 угол между касательной к гипотрохоиде ^*и нормалью к радиусу-вектору в точке перехода трохоиды вершины зуба к трохоиде впадины зуба внутренней шестерни;

10 b увеличение наружного радиуса наружной шестерни вследствие коррекции вершины зуба внутренней шестерни;

11 гипотрохоида [(Z-1)e; Ze; R_нар^min]^*, образующая вершины зубьев внутреннего ротора,

^* П р и м е ч а н и е: относящаяся к типу перциклоид.

Настоящим образом профиль зубьев внутренней шестерни скорректирован для уплотнения щелей "в" и "г" (см. фиг. 1), причем уплотнение этих щелей произойдет и без нанесения полимерного слоя на внутреннюю шестерню с нормальным затвором не хуже, чем у щелей "б", т.е. теоретически беззазорно.

На фиг. 3 изображен профиль зубьев наружной шестерни, где:

1 один из зубьев наружной шестерни;

2 неподвижный корпус машины;

3 выбираемый по всей длине зуба клиновидный участок;

4 направление вращения.

Настоящим образом профиль зубьев наружной шестерни скорректирован для уплотнения щелей "а" и "а¹" для условий влажного сжатия или расширения газа, совместимого со смазочным маслом или уплотнительной жидкостью (или если жидкая фаза выделяется из газа в процессе сжатия или расширения).

На фиг. 4 изображена схема подачи уплотняющей жидкости в кольцевую щель, причем

1 подача уплотняющей жидкости в компрессорных машинах^*,

2 подача уплотняющей жидкости в расширительных машинах<sup>*

*</sup> П р и м е ч а н и е: в обоих случаях отработавшая в щели уплотняющая жидкость выносится из машины вместе с потоком газа и в дальнейшем после отделения от потока газа в специальных аппаратах возвращается в машину с помощью отдельного устройства.

Роторная машина работает следующим образом (в качестве примера рассмотрена компрессорная машина).

Газ из коллектора всасывания входит во входной канал 2 и поступает из него в камеры переменного объема, образованные зубьями наружной 5 и внутренней 4 шестерен, через промежутки между зубьями наружной шестерни. С момента отсечки полости переменного объема от полости всасывания газ сжимается в замкнутом камерах переменного объема. С момента открытия камер переменного объема происходит вытеснение газа из этих камер в нагнетательную полость машины и далее в выходной канал 3.

Работа уплотнения на наружной шестерне.

Согласно фиг. 3 и 4 уплотняющая жидкость подается к наружной поверхности зубьев наружной шестерни. При этом клиновидный участок на зубе наружной шестерни захватывает уплотняющую жидкость и за счет сил вязкости жидкости происходит повышение давления жидкости в кольцевой щели, что улучшает уплотнение. Если жидкая фаза выделяется из газа в процессе сжатия или расширения, то эта фаза под действием центробежных сил отжимается к зоне кольцевой щели, далее с ней происходят аналогичные процессы, описанные выше. Так уплотняются щели "а" и "а¹".

Работа уплотнений на внутренней шестерне.

При нанесении полимерного покрытия на внутреннюю шестерню или при отливании внутренней шестерни из полимерного материала реальный профиль внутренней шестерни формируется так, чтобы реальная поверхность зубьев отстояла от теоретической поверхности на 0,1-0,15 мм в сторону увеличения радиуса и вследствие этого зубья наружной и внутренней шестерен входили в касание с небольшими удельными давлениями. Поскольку скорость в точке ка- сания не превышает V_макс= то существенного ограничения на быстроходность машины этот контакт не наложит, но позволит существенно снизить перетечки по щелям. Так уплотняются щели "б", "в" и "г".

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в снижении перетечек по щелям и вследствие этого повышения КПД машины.