Теоретические основы проектирования роторно-вращательных насосов c циклоидальными зацеплениями

главах рассмотрены известные 11 видов профилей рабочих органов, используемых в серийных винтовых насосах. Здесь же формализуются уравнения профилей, осуществляется привязка их к одно-, двух-, трехвинтовым насосам, рассматриваются особенности насосов с несимметричными профилями рабочих органов и методы их профилирования. Так как характеристики роторно-вращательных насосов зависят в основном от геометрии рабочих органов, автором разработана классификация 11 видов их профилей по критериям вида и герметичности реализуемых ими зацеплений и симметричности сопряженных профилей при этом. На рис. 2 представлена блок-схема дополненной классификации профилей рабочих органов винтовых насосов. Впервые разделение зацеплений роторов насосов на герметичные и негерметичные осуществили проф. C. Montelius, И.И. Куколевский и О.В. Байбаков. На рис. 3 показана схема герметичного зацепления, где линия зацепления перекрывает среднюю щель и боковую щель, прилегающую к т. В. Проф. Montelius вывел условие герметичности зацепления при выпуклом профиле ведущего винта (ВЩ) и вогнутом профиле ведомого винта (ВМ): , где – число заходов ВЩ (ВМ), – число ВМ. Однако для создания герметичного зацепления винтов необходимо выполнить ещё пять следующих дополнительных условий: линия соприкосновения винтовых поверхностей должна непрерывно соединять точки , и (рис. 3), так, чтобы линия контакта, касаясь окружностей дна впадин, проходила через точку пересечения наружных окружностей образующих шестерен; должен соблюдаться основной закон зацепления, т.е. нормаль в точке соприкосновения боковых поверхностей зубьев должна проходить через полюс зацепления (точку касания центроид); длина винтов должна быть больше, чем длина замкнутого межниточного объема (длина замкнутой камеры); необходимо, чтобы линия зацепления, соединяющая точки , , , была очерчена по дугам и , центрами которых являются центры винтов и ; диаметр центроиды должен быть не больше диаметра дна впадины или не меньше диаметра вершины винта, т.е. центроиды должны проходить вне площадки . Такой профиль получил название одностороннего. Впервые пять основных видов профилей винтов, применяемых в винтовых насосах, проанализировал проф. Hamelberg. Он впервые показал, что двусторонний профиль может быть герметичным – это профиль вида 2. Для анализа герметичности зацепления он разработал оригинальный метод изменения и взаимосвязи безразмерных рабочих поперечных сечений (БРПС) , (за единицу измерения принят квадрат наружного радиуса ВМ) в зависимости от их безразмерного осевого положения по РО. Угол называется профильным позиционным углом и равен , где  – осевая координата поперечного сечения РО,  – винтовой параметр ВМ,  – ход ВМ. Для пояснения метода рассмотрим герметичное циклоидальное зацепление с однозаходным ВЩ и двухзаходным ВМ, назовем это зацепление ц.з.1-2. Рис. 2. Классификация видов профилей рабочих органов винтовых насосов На рис. 4 показаны БРПС ц.з. 1-2, где БРПС , , относятся к вогнутому профилю ВМ, а БРПС , относятся к выпуклому профилю ВЩ. Интеграл всех одно с другим связанных БРПС через составляет одно безбезразмерное рабочее пространство (БРП), которое обозначается той же буквой . В теоретически герметичном зацеплении БРП одного винта соединяется только с одним БРП другого винта. По рис. 5 видно, что БРП "охватывает" БРП , и утечки из одного пространства в другое остаются внутри общего пространства , которое называется замкнутой камерой (ЗК), чья безразмерная длина в данном случае равна наибольшей длине БРП : . Вычисления длин ЗК, сделанных подобным образом для одиннадцати видов профилей и для различных относительных глубин нарезки ведомого винта приведены в диссертации для 40 вариантов профилей. Отметим, что проф. Hamelberg неточен в утверждении, что самая большая длина ЗК у несимметричного профиля ц.з. 1-1 «» (), в действительности самая длинная камера ЗК у профиля ц.з. 1-2 (). Рис. 3. Схема герметичного зацепления винтов Рис. 4. Безразмерные рабочие поперечные сечения вида 4 профиля с ц.з. 1-2; ---- линия зацепления фланков «» и «» Рис. 5. Зависимость безразмерных рабочих поперечных сечений для ц.з.1-2 от позиционного угла ведомого винта Для наглядности и системности изложения ниже приводим основные возможные виды профилей рабочих органов насосов, которые в диссертации рассматриваются во 2 – 4 главах. Вид 1 профиля. К этому виду профиля относятся симметричные (рис. 6, 8) и несимметричные (рис. 7) двусторонние профили двухвинтовых насосов, образующие с обоймой теоретически негерметичное зацепление. Проф. Hamelberg за основной вариант профиля вида 1 принимает двусторонний профиль, образованный удлиненной эпициклоидой (УЭ) с фаской разной величины (рис. 6). Открыты обе щели – боковая и средняя. Для разных условий работы насоса принимаются различные соотношения, оцениваемые относительной величиной фаски, которая для минимальных утечек лежит в пределах , где – высота фаски и зуба соответственно. Рис. 6. Двусторонний профиль вида 1 На рис. 8 показан профиль, синтезированный из трех участков: удлиненной эпициклоиды, эвольвенты (ЭВ), укороченной эпициклоиды (УКЭ), профиль назван , линии зацепления, соответствующие профилям, составленным из четырех и пяти участков, где ОЭ и ОГ – соответственно обычные эпициклоида и гипоциклоида. Рис. 7. Негерметичный несимметричный профиль. Вид 1 профиля. А.с.1137243 СССР.Рис. 8. Профиль . Вид 1 профиля ------ линия зацепления , А.с. 1772470 СССР; -х-х- линия зацепления ; -о-о – линия зацепления , патент 2113622 РФ; -Δ-Δ- линия зацепления , патент 2113643 РФ Впервые использован метод проектирования взаимоогибаемых циклоидальных и циклоидально-эвольвентных профилей, основанный на задании исходной линии зацепления, составленной из дуг концентрических окружностей и окружностей, касающихся центроид роторов в мгновенном центре вращения (МЦВ), и отрезка прямой, проходящего через МЦВ. Изобретено пять симметричных профилей вида 1 и три несимметричных профиля этого же вида. Плавные профили технологичны и применены для жидкостей с механическими примесями, более крутые – для высоконапорных насосов. Замечая места с большим износом на профиле, можно менять его форму так, чтобы износ был равномерным. По работе В.В. Шульца «Геометро-энергети ческая теория зубчатых зацеплений» в этом случае зацепление энергетически оптимально. Особенно широкое применение нашли профили: , , , составленные из трех, четырех, пяти участков различных кривых, соответствующих различным сочетаниям дуг окружностей и прямых, из которых спроектированы линии зацепления образующих шестерен РО (рис. 8). Отметим, что у этих профилей средняя щель закрыта, а боковая – открыта. Причем самая маленькая щель у профиля «» (), затем в порядке уменьшения щели идут профили из трех, пяти, четырех участков. Самая большая щель у профиля «» (). Стимулом для создания этих профилей явилось проектирование мультифазных насосов с давление в диапазоне . Благодаря новой геометрии РО было поднято давление двухвинтовых насосов с выносными подшипниками с по ГОСТ 20572-88 до при перекачке масла, значительно увеличен объемный КПД при перекачке воды, если раньше экономически целесообразно было перекачивать воду при давлении не выше , то теперь стала возможной ее перекачка при . Вид 2 профиля – это герметичное зацепление, представляющее собой двусторонний несимметричный профиль (рис. 9), у которого одна сторона, состоящая из двух или более участков, перекрывает среднюю щель , а другая, состоящая из УЭ, перекрывает боковую щель, прилегающую к т. В (рис. 9). Для профиля УЭ () боковая щель равна нулю, но средняя щель открыта полностью. Поэтому его следует применять в несимметричных профилях, когда одна сторона очерчена профилем УЭ, а другая – одним из вышеназванных профилей, которые закрывают среднюю щель. Это самый герметичный профиль. Винты с профилем вида 2 внедрены в двухвинтовой насос , серийно выпускаемый ОАО «Ливгидромаш». Герметичный несимметричный профиль () признан изобретением. На рис. 6 – 8 пунктирной линией обозначены линии зацеплений сопряженных профилей двух роторов насосов. Вид 3 профиля – односторонний профиль с , удовлетворяющий всем условиям герметичности, кроме условия проф. C. Montelius – 1, (дополнение 1). Этот профиль обеспечивает высокий объемный КПД насоса, упрощает технологию нарезки винтов, так как профиль открытый (рис. 10). Вид 3 профиля рекомендуется применять для насосов с небольшой подачей, имеющими малую площадь живого сечения из-за относительно малых глубин нарезки при малых ходах РО. В этом случае щели, соединяющие рабочие пространства, имеют малые размеры, и поэтому объемный КПД до 80 – 85%). Вид 4 профиля – герметичное циклоидальное зацепление с открытым профилем: односторонние профили ц.з.1-2 и ц.з.2-3, удовлетворяют всем условиям герметичности; ц.з.1-2 и ц.з.2-3 показаны соответственно на рис. 4, 11. Проф. Hamelberg вводит ограничения на безразмерную величину межцентрового расстояния для ц.з.1-2 и ц.з.2-3, так как он рассматривает только теоретически герметичные односторонние зацепления. Для применения любых межцентровых расстояний нами введён двусторонний профиль вида 5. Рис. 9. Герметичный несимметричный профиль . Патент 2134369 РФ. Вид 2Рис. 10. Односторонний профиль, негерметичное ц.з.1-1 ---- линия зацепления фланков «» и «». Вид 3 профиля (дополнительный 1)Рис. 11. Односторонний профиль, герметичное ц.з.2-3. Вид 4 профиляРис. 12. Двусторонний профиль, негерметичное ц.з.2-3. ВЩ: ; ВМ: . Вид 5 профиля (доп. 2)Вид 5 профиля – теоретически негерметичное циклоидальное зацепление с открытым профилем (дополнение 2): двусторонние профили ц.з.1-2 и ц.з.2-3 (см. рис. 12). Практически это герметичное зацепление. Двусторонние профили ц.з.1-2 и ц.з. 2-3 удовлетворяют всем условиям герметичности, за исключением того, что линия зацепления роторов должна достигать точки пересечения отверстий под винты, это обусловлено тем, что головки и ножки профилей выходят за центроиды, т.е. не соблюдается условие существования одностороннего профиля и . Были спроектированы, изготовлены и испытаны 10 двусторонних профилей (ц.з.1-1 и ц.з.2-2), из них внедрено 6 негерметичных и 1 герметичный профиль. Также испытаны 11 профилей вида 4 и 5 (ц.з.1-2 и ц.з.2-3), одно ц.з.2-3 внедрено в конструкцию насоса. Вид 6 профиля – односторонний профиль трехвинтовых насосов (профиль шведской фирмы IMO), образованный циклоидальными кривыми (ц.з.2-2-2) (рис. 13). Без фаски на ВМ – это теоретически герметичное зацепление. Рис. 13. Профиль винтов IMO.Вид 6 профиля Рис. 14. Одностороннее негерметичное зацепление боковых профилей ВЩ и ВМ трехвинтового насоса. Профиль R1(; ) А.с. 844820 СССР; профиль R5 (; ) А.с. 861735 СССР. Вид 7 профиля (доп. 3). Вид 7 профиля – теоретически негерметичное зацепление, А.с. 844820 СССР и А.с. 861735 СССР (дополнение 3): односторонний профиль, внецентроидное цевочное эпициклоидальное зацепление ц.з.2-2-2 (рис. 14). Профиль, имеющий закругленные фаски (цевки) на ВЩ и ВМ, назван нами: профиль R1, а профиль, имеющий закругленную фаску (цевку) только на ВМ назван: профиль R5, в зависимости от величины радиуса цевки называется R5, R5A, R5B, R5C, R5D. Фаски создают боковые щели, но так как они небольшие, практически это герметичное зацепление. Большинство трехвинтовых насосов, выпускаемых ОАО «Ливгидромаш», – с седьмым видом профиля. При создании новых типов профилей винтов ставилась цель повышения надежности зацепления благоприятным силовым контактом между винтами за счет создания масляного клина между ведущим винтом и обоймой, а также между ведомым и обоймой, и, кроме того, повышения технологичности нарезания. Были созданы профили винтов, у которых боковые профили сопрягаются с наружными окружностями винтов по дугам окружностей, вследствие чего кромки винтов получаются плавными (закругленными). Применение описанного профиля при изготовлении рабочих органов винтовых машин увеличивает надежность самого зацепления и, следовательно, работы машин. Винты обеспечивают «мягкую», надежную работу насоса, снижена также трудоемкость их изготовления за счет повышенной стойкости режущего инструмента, что послужило основанием для серийного их внедрения. Винты с этими профилями обеспечивают повышенный КПД и удовлетворяют самым жестким требованиям по виброшумовым характеристикам (ВШХ). Полученные результаты послужили основанием для создания насосов и , удовлетворяющих требованиям №4 по ВШХ. В работе впервые формализован метод проектирования и расчета взаимоогибаемых профилей, каждый из которых имеет головку в виде дуги окружности (цевку), центр которой не лежит на центроиде. На рис. 14 приведены обозначения величин, применяемых в расчете профиля R1. С учетом угла поворота фаски ВЩ уравнения линии зацепления с участком ВМ в неподвижной системе координат будут: ; , где ; , где . Важной особенностью этого метода является определение угла – угла перехода ножки профиля ВМ в его головку – часть цевки. На рис. 14 изображено крайнее положение зацепления профилей. В этом положении мгновенные радиусы вращения и совпадают, и они лежат на прямой, проходящей через центры и окружностей. Исходя из этого условия, определяется угол . Уравнение для определения угла имеет вид , где . Координаты профиля ВМ получаем, записав уравнения линии зацепления в системе координат , связанной с ВМ: ; . В системе координат , где ось проходит через середину впадины ВМ и составляет с осью угол , где уравнения ножки профиля ВМ имеет вид ; . Уравнения головки профиля ВМ и головки AB профиля ВЩ – уравнения дуг окружностей, соответственно в системах координат и выводятся аналогично.

Похожие:

	Разработка и исследование интегрированных алгоритмов размещения элементов... Специальности: 05. 13. 12 – Системы автоматизации проектирования, 05. 13. 17 – Теоретические основы информатики		Программа вступительных испытаний Тема Теоретические основы растениеводства Теоретическое обоснование диапазона оптимальной влагообеспеченности полевых культур. Биологические основы разработки системы удобрений....
	Теоретические основы проектирования ппп Ппп (Пакет прикладных программ)— это совокупность совместимых программ для решения определенного класса задач		Теоретические основы развития общеобразовательной школы (системно-ориентационныи подход) Актуальность темы исследования определяется необходимостью решения в теоретическом и практическом плане задачи проектирования развития...
	Рабочая программа по дисциплине Теоретические основы электротехники Дисциплина: «Теоретические основы электротехники» относится к циклу профессиональных дисциплин, для ее изучения студент должен обладать...		Рабочая программа учебной дисциплины теоретические основы автоматизированного управления Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и...
	Курсовая работа по дисциплине «Проектирование информационных систем в образовании» I. Теоретические основы проектирования информационных систем в образовании. 7		Учебно-методический комплекс дисциплины насосы и насосные установки... «насос», «насосная установка» и «насосная станция»; сделать обзор современного насосного оборудования; изучить основные параметры...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «мдк теоретические и методические основы организации различных видов деятельности детей раннего и дошкольного возраста» Теоретические...		Т. В. Сазанова теоретические основы и технологии по естествознанию В. Сазанова. Теоретические основы и технологии по естествознанию. Учебно-методический комплекс. Методические указания и индивидуальные...
	Реферат ргасу 19 2009 699 содержание введение 2 список использованной... «Теоретические основы "Философии хозяйства" С. Н. Булгакова» одна из важных и актуальных тем на сегодняшний день		План введение Глава Научно-теоретические основы возрастных особенностей детского творчества Теоретические и методические вопросы организации творчества у школьников разных возрастов на уроках изобразительного искусства
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оборудование швейного... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оборудование швейного производства и основы проектирования оборудования» составлен в...		Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины б 6 Теоретические... Б 6 Теоретические и экспериментальные основы психолого-педагогической деятельности: Психология развития
	Рабочая программа дисциплины Теоретические основы органической химии... Целями освоения дисциплины Теоретические основы органической химии биологически активных добавок являются		Элективный курс «Основы проектирования». 10 класс. Составитель программы... Курс «Основы проектной деятельности» изучается в старшей ступени обучения в средней школе