RU2059834C1 - Rotor machine - Google Patents

Abstract

FIELD: compressor engineering. SUBSTANCE: fixed cross-piece is interposed between the inlet and outlet passageways of the housing. The inner and outer gears are mounted inside the housing. The gears are in engagement with each other. The teeth define working chambers of the variable volume. The teeth of the outer gear from the side of the housing have wedge-shaped parts arranged over the full length of the teeth. The hollows of the inner gear have flat parts. The shape of the teeth tops of the inner gear are trochoid. The inner gear is made partially or fully of a polymeric material (polyurethane). The outer surface of the gear is coated with polyurethane. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, и может быть использовано в качестве компрессорных или расширительных машин. The invention relates to mechanical engineering, in particular to rotary machines, and can be used as compressor or expansion machines.

Известны роторные машины, содержащие корпус с входным и выходным каналами и перемычкой между ними, а также размещенные в корпусе шестерни внутреннего зацепления. Known rotary machines containing a housing with input and output channels and a jumper between them, as well as housed in the housing gears of internal gearing.

Недостатком аналога является некачественное уплотнение щелей между полостями разного давления, что влечет за собой недостаточно высокий КПД машины. The disadvantage of the analogue is poor-quality sealing of the cracks between the cavities of different pressures, which entails an insufficiently high efficiency of the machine.

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. The closest analogue to the claimed technical solution is a rotary machine containing a housing with input and output channels and a jumper between them, as well as gears located in the housing having internal engagement, the teeth of which, when rolled in, form working chambers of variable volume, and the profiles of working gear teeth are made displaced hypotrochoid.

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. The disadvantage of the prototype is that technical solutions are aimed at sealing the annular gap formed between the outer surface of the teeth of the outer gear and the stationary body of the machine, while the machine has a number of slits to be sealed.

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. The technical task is to increase the efficiency of the machine due to compaction of not only the above-mentioned slit, which, being very long in depth, is not so dangerous for the machine’s efficiency, but also the compaction of shallow slots between individual working cavities of variable volume, as well as the sealing of the slit formed due to displacements of the trochoid between the cavities of the volume close to the maximum (the beginning of compression in compressor machines and the end of expansion in expanders), as well as the gaps between the gas inlet and outlet channels into the machine.

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. The technical result is achieved by the fact that on the teeth of the outer gear from the side of the housing there are wedge-shaped sections along the entire length of the teeth, which makes it possible to more reliably place a sealing liquid shutter in the annular gap, flat sections are made in the hollows of the inner gear at a certain radial distance from the center of the inner gear and profile the tops of the teeth of the inner gear is made on a trochoid, while the inner gear is fully or partially made of a polymeric material. All this allows to achieve better sealing of cracks in the machine and, as a result, increase the efficiency of the machine.

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. Claims 2 and 3 specify the material that is used to make the inner gear. Namely, polyurethane is used, which not only leads to improved sealing in the contact zone, but also improves the noise characteristics of the machine.

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. In FIG. 1 shows a rotary machine, a cross section; in FIG. 2 internal gear profile; in FIG. 3 outer gear profile (fragment); in FIG. 4 diagram of the supply of sealing fluid in the annular gap.

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. The rotary machine comprises a housing 1, input 2 and output 3 channels (for the case of a compressor machine), internal 4 and external 5 gears, the teeth of which, when run in, form working chambers of variable volume 6 and a fixed jumper 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.In FIG. 1 slots are indicated:
"a" an annular gap of great depth between the outer surface of the outer gear and the stationary housing; "A1" is the same, between the inlet and outlet windows;
"b" linear gap of small depth between the teeth of the outer and inner gears;
“c” linear gap-gap formed due to displacement of the trochoid;
"d" is a linear gap with converging walls between the hollows of the internal gear and the protrusion of the tooth of the external gear, which is formed in the zone of transition of the teeth between the gas inlet and outlet channels.

На фиг. 2 изображен профиль зубьев внутренней шестерни, где:
1 Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{см}}{\text{вн}}$ угол смещения гипотрохоиды зубьев внутренней шестерни;
2 Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{см}}{\text{нар}}$ угол смещения гипотрохоиды зубьев наружной шестерни;
3 R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{нар}}$ радиус впадин зубьев наружного ротора;
4 R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{кор}}{\text{вн}}$ R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{нар}}$ 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 θ угол между касательной к гипотрохоиде наружного ротора и нормалью к радиусу-вектору в точке перелома смещенной гипотрохоиды;
9 θ угол между касательной к гипотрохоиде ^*и нормалью к радиусу-вектору в точке перехода трохоиды вершины зуба к трохоиде впадины зуба внутренней шестерни;
10 Δ b увеличение наружного радиуса наружной шестерни вследствие коррекции вершины зуба внутренней шестерни;
11 гипотрохоида [(Z-1)e; Ze; R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{нар}}$ ]^*, образующая вершины зубьев внутреннего ротора,
^* П р и м е ч а н и е: относящаяся к типу перциклоид.In FIG. 2 shows the profile of the teeth of the inner gear, where:
1 Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{cm}}{\text{vn}}$ the angle of displacement of the hypotrochoid of the teeth of the internal gear;
2 Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{cm}}{\text{nar}}$ the angle of displacement of the hypotrochoid of the teeth of the outer gear;
3 R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{nar}}$ the radius of the cavities of the teeth of the outer rotor;
4 R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{core}}{\text{vn}}$ R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{nar}}$ e the radius of the location of the site in the cavities between the teeth of the inner rotor;
5 theoretical profile of the cavity of the inner rotor,
6 displaced hypotrochoid [Ze; (Z-1) e; (Z01) e] forming teeth of the outer gear;
7 displaced hypotrochoid [(Z-1) e; (Z-2) e; (Z-2) e] forming the teeth of the internal gear;
8 θ the angle between the tangent to the hypotrochoid of the outer rotor and the normal to the radius vector at the fracture point of the displaced hypotrochoid;
9 θ the angle between the tangent to the hypotrochoid ^* and the normal to the radius vector at the transition point of the trochoid of the tooth apex to the trochoid of the tooth cavity of the internal gear;
10 Δ b increase in the outer radius of the outer gear due to the correction of the top of the tooth of the inner gear;
11 hypotrochoid [(Z-1) e; Ze; R $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{min}}{\text{nar}}$ ] ^* , forming the tops of the teeth of the inner rotor,
^* NOTE: Percycloid type.

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. Thus, the profile of the teeth of the inner gear is adjusted to seal the slots "c" and "g" (see Fig. 1), and the compaction of these slots will occur without applying a polymer layer to the inner gear with a normal shutter no worse than for the slots "b" , i.e. theoretically shameless.

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.In FIG. 3 shows the profile of the teeth of the outer gear, where:
1 one of the teeth of the outer gear;
2 fixed body of the machine;
3 selectable wedge-shaped section along the entire length of the tooth;
4 direction of rotation.

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).Thus, the tooth profile of the outer gear has been adjusted to seal slots "a" and "a ¹ " for wet compression or expansion of gas compatible with lubricating oil or sealing fluid (or if the liquid phase is released from the gas during compression or expansion).

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^*
* 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.In FIG. 4 shows a flow diagram of a sealing fluid into an annular gap, wherein
1 supply of sealing fluid in compressor machines ^* ,
2 supply of sealing fluid in expansion machines ^*
* Note: in both cases, the sealing fluid spent in the slit is discharged from the machine together with the gas stream and then after separation from the gas stream in special devices it is returned to the machine using a separate device.

Роторная машина работает следующим образом (в качестве примера рассмотрена компрессорная машина). A rotary machine operates as follows (a compressor machine is considered as an example).

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. Gas from the intake manifold enters the inlet channel 2 and enters from it into the chambers of variable volume formed by the teeth of the outer 5 and inner 4 gears, through the gaps between the teeth of the outer gear. From the moment of cutting off the cavity of variable volume from the suction cavity, the gas is compressed in the closed chambers of variable volume. From the moment the chambers of variable volume are opened, gas is displaced from these chambers into the injection cavity of the machine and then to the outlet channel 3.

Работа уплотнения на наружной шестерне. Seal operation on the outer gear.

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".According to FIG. 3 and 4, the sealing fluid is supplied to the outer surface of the teeth of the outer gear. In this case, the wedge-shaped portion on the tooth of the outer gear captures the sealing liquid and due to the forces of the viscosity of the liquid, the pressure of the liquid in the annular gap increases, which improves the seal. If the liquid phase is released from the gas during compression or expansion, then this phase under the action of centrifugal forces is squeezed to the zone of the annular gap, then similar processes described above occur with it. So the slots "a" and "a ¹ " are sealed.

Работа уплотнений на внутренней шестерне. Work seals on the inner gear.

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".When applying a polymer coating to the inner gear or when casting the inner gear from polymeric material, the real profile of the inner gear is formed so that the real tooth surface is 0.1-0.15 mm from the theoretical surface in the direction of increasing radius and, as a result, the outer and inner teeth gears entered into contact with small specific pressures. Since the speed at the point of contact does not exceed V _max =

then this contact will not impose a significant limitation on the speed of the machine, but it will significantly reduce leakage over the cracks. So the slots "b", "c" and "g" are sealed.

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в снижении перетечек по щелям и вследствие этого повышения КПД машины. The technical and economic effect of the use of the invention is to reduce leakage through the cracks and, as a result, increase the efficiency of the machine.

Claims (3)

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. 1. A ROTARY MACHINE, comprising a housing with input and output channels and a fixed jumper located between them, and internal and external gears having internal engagement placed in the housing, the teeth of which form working chambers of variable volume, characterized in that the teeth of the external gear are on the side the cases are made with wedge-shaped sections located along the entire length of the teeth, flat sections are made in the hollows of the inner gear, and the profiles of the tops of the teeth of the inner gear are trochoidal, with rennyaya gear partially or entirely made of polymer material. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность внутренней шестерни покрыта полиуретаном. 2. The machine according to claim 1, characterized in that the outer surface of the inner gear is coated with polyurethane. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя шестерня выполнена из полиуретана. 3. The machine according to claim 1, characterized in that the inner gear is made of polyurethane.

Images