Теоретические основы проектирования роторно-вращательных насосов c циклоидальными зацеплениями
Скачать 1.51 Mb.
|
Вид 8 профиля – теоретически негерметичное зацепление: двусторонний профиль ц.з.2-2-2, соответствующий второму и третьему виду коррекции профиля IMO (дополнение 4).Были выполнены три способа коррекции профиля IМО. Первый способ коррекции заключается в увеличении радиальной фаски профиля ВМ и соответствующем изменении профиля ВЩ. Второй способ – это двусторонний профиль по А.с. 672380 СССР. Он состоит в том, что профиль ВМ надстраиваем дополнительным участком – головкой, а у профиля ВЩ вводим дополнительный участок – ножку. При данном способе профилирования головка зуба шестерни ВМ представляет собой дугу эпициклоиды на всей длине ее полуарки, описываемой производящей окружностью. Ножка  зуба шестерни ВЩ представляет собой полуарку гипоциклоиды, очерчиваемой той же производящей окружностью. Третий способ заключается в том, что фаска ВМ образована дугой окружности, центр которой лежит на центроиде ВМ, а профиль ВЩ является эквидистантой к простой эпициклоиде, описанной центром этой окружности.Вид 9 профиля – центроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление с кинематическим отношением .Этот вид профиля наиболее широко применяется в серийных одновинтовых насосах. Нами внесены уточнения и дополнения в расчет этого профиля и режущего инструмента для нарезки РО. А.В. Крылов, на наш взгляд, приближенно изложил вопрос профилирования осевого сечения винта, отсюда могут вытекать возможные ошибки в геометрии винта, изготовляемого на токарном станке резцом, профиль которого заточен по осевому сечению, а также приближенное представление о величине зазоров между винтом и обоймой. Из рис. 15 следует, что уравнение торцевого сечения винта представляется как ; . Рис. 15. Торцевое сечение винтаРис. 16. Торцевое сечение обоймыИз рис. 16 вытекает уравнение торцевого сечения участка  обоймы, , ;где – ход обоймы (винта), ; – угол поворота винта (обоймы), . Откуда следует зазор между обоймы и винтомАналогично получаем уточненные выражения для зазора на участке , а затем на участке ,где угол варьирует в интервале .С использованием вышеуказанных уточнений впервые составлен ряд одновинтовых однопоточных насосов с поверхностным приводом типа ВНО и ВНОМ, которые выпускаются серийно. Причем применение малых величин коэффициентов формы зуба и больших величин коэффициентов формы винтовой поверхности позволило обеспечить высокий КПД равный . Для сравнения отметим, что одновинтовые двухпоточные погружные насосы типа ЭВН с параметрами и имеют КПД в пределах .Вид 10 профиля – “Пермский профиль многозаходных РО одновинтового насоса” по ОСТ 39-164-84 Министерства нефтяной промышленности “Двигатели винтовые забойные. Передача зубчатая “Pотор-статор”. Расчет геометрии” 1984. (Разработчик ПФ ВНИИБТ), (дополнение 5). Исходный контур зацепления очерчен внешней эквидистантой укороченной циклоиды, торцовые профили обоймы и винта являются огибающими. Этот вид профиля имеет кинематическое отношение , где – соответственно числа зубьев (заходов) обоймы и винта. Рис.17. Торцовый профиль обоймы (статора)Рис.18. Торцовый профиль винта (ротора)Вид 11 профиля – внецентроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление многозаходного ротора одновинтового насоса (дополнение 6). Профиль вида 11 в отличие от профиля вида 10 обеспечивает точное взаимоогибание РО при заданном межцентровом расстоянии (эксцентриситете  ). Имеет вершины РО с большим радиусом кривизны, что благоприятно для энергетической характеристики и ресурса насоса. Исходный профиль – профиль зуба обоймы (статора) представляет собой внешнюю эквидистанту укороченной гипоциклоиды, а профиль зуба охватываемого элемента – винта (ротора) выполняется как внутренняя огибающая статора при радиусах центроид и (рис. 17 – 19). В диссертации рассмотрен один из вариантов () точного внецентроидного цевочного гипоциклоидального зацепления МРО. Исходные данные для расчета: ; контурный диаметр ; высота зуба ; коэффициент внецентроидности ( – радиус образующего круга), который принят равным ; осевой шаг .Остальные величины, необходимые для расчета геометрии МРО, определяются по формулам: ; – диаметр дна впадины (вершины) зуба статора; – диаметр вершины (впадины) зуба ротора; коэффициент формы зуба ; радиус цевки ротора ; () – ход статора (ротора).Уравнения торцевого (исходного) профиля статора имеют вид ; ,где , .Уравнения осевого сечения запишутся как ; ; где – ось статора ; . Эти величины являются исходными данными для расчета профиля дисковой фрезы, выполненного нами по методике проф. С.И. Лашнева.Рис.19. Схема образования исходного профиля по эквидистанте укороченной гипоциклоиды: 1 – нормаль; 2 – касательная; 3 – укороченная гипоциклоида; 4 – исходный профиль (статор) Торцевой профиль ротора состоит из выпуклой головки (части цевки-дуги окружности) и вогнутой ножки. Угловой параметр , соответствующий точке перегиба находится по формуле: . По методу профильных нормалей установлена связь в параметрической форме , между контактной точкой исходного профиля и его углом поворота , когда нормаль в контактной точке пройдет через полюс зацепления ротора и статора. Так как угол поворота ротора связан с углом поворота исходного профиля соотношением , то уравнения связи между двумя системами координат и запишутся в виде ; , где – уравнение связи между углом поворота статора и координатами точки статора, определяемые параметром . Уравнения осевого сечения ротора при этом имеет вид ; ; ; ; . По полученным формулам можно рассчитать весь участок профиля ротора, взаимоогибаемый с участком профиля статора, для которого параметр меняется в пределах . Но для расчета крутого (с большой кривизной) участка фрезы, соответствующего цевке ротора и требующего большого количества точек, удобнее пользоваться уравнениями дуги окружности (рис. 19), где координаты , точки (точки перегиба профиля ротора) находятся по вышеприведенным уравнениям. На рис. 19 изображены дополнительные системы координат и . Угол между осью и осью равен . Центр является центром цевки и отстоит от центра на расстоянии . В системе координат начало цевки имеет полярный угол , и параметр для участка цевки меняется в пределах: . Уравнения участка цевки в системе координат : ; . В системе координат уравнения участка цевки имеет вид: ; . Значение параметра при этом определяется как . В диссертации приведены теоретические и экспериментальные исследования этого профиля. Впервые для одновинтовых насосов было достигнуто давление при частоте вращения и вязкости масла . Сравнение характеристик насосов с точным (МРО – одиннадцатым видом профиля) и приближенным (МРО по ОСТ 30-164-84 – десятым видом) профилями подтверждает преимущество точного профиля в объемном КПД (разница ) при при равных общих КПД. Общая методология расчета и проектирования профилей рабочих органов насосов, базирующаяся на методах теории зацеплений, рассматривается во второй и третьей главах. Наиболее общим методом является аналитическое определение огибающей семейства кривых, известный из дифференциальной геометрии. В этом случае профили зубцов колес рассматриваются как взаимоогибаемые в относительном движении. При этом заданный профиль связан с подвижной центроидой 1, которая перекатывается по неподвижной центроиде 2. В результате образуется семейство профилей и искомый профиль как огибающая этого семейства профилей . Известный метод проф. Х.И. Гохмана позволяет упростить решение этой задачи, Для этого с помощью уравнений дифференциальной геометрии находится положение точки контакта на профиле зубца 1 в зависимости от его угла поворота. Записывая полученные уравнения в системе координат, связанной с колесом 2, получаем уравнения сопряженного профиля. Этот метод был использован нами при создании профиля, где ножка профиля зуба – архимедова спираль, а головка профиля – ее огибающая (рис. 6). Уравнение торцового сечения архимедова винта в полярных координатах и : , где: – винтовой параметр; – угол между прямой, представляющей собой осевое сечение архимедова винта и перпендикуляром к оси винта; – угол между осью и радиус-вектором точки кривой. В параметрической форме уравнения архимедовой спирали (рис. 6) имеет вид ; . Уравнение связи между углами и представляется в виде . Изменяя угол в пределах , находим значения угла поворота , определяющие положение контактной точки на участке профиля в различные моменты поворота шестерни 1. Зависимости между системами координат , и , при и – это уравнения головки : ; . Записывая координаты точек головки в системе координат , , получим координаты точек головки , так как шестерни идентичны. Несимметричный профиль, где одна боковая сторона спрофилирована по данному методу, признан изобретением. Для частного случая архимедовой спирали нами создан более простой метод расчета. Архимедову спираль можно рассматривать как удлиненную эвольвенту, и тогда, на основании теоремы Камуса о взаимосопряженных кривых, сопряженный профиль архимедовой спирали – укороченная эвольвента при , т.е. когда центроида и основная окружность совпадают. Для этого частного случая в работе приведен метод расчета профиля ротора и параметров режущего инструмента. Метод профильных нормалей позволяет найти положение точки контакта на профиле зубца колеса 1 в зависимости от его угла поворота с помощью основной теоремы зацепления (теоремы Виллиса). Записывая полученные уравнения в системе координат, связанной с колесом 2, получаем уравнения сопряженного профиля. Этот приём был использован нами при расчете внецентроидного цевочного гипоцикоидального зацепления одновинтовых насосов (рис. 16 – 18). В отличие от этих методов при проектировании новых профилей двух- и трехвинтовых насосов использовалась линия зацепления в качестве исходного параметра. В работе приводится расчет профиля трехвинтового насоса – внецентроидного цевочного эпициклоидального зацепления ц.з.2-2-2 (рис. 13). Еще одним примером профилирования роторов по заданной линии зацепления являются циклоидальные и циклоидально-эвольвентные профили (рис. 7). Если они образованы, исходя из линий зацепления, представляющих собой сочетание только дуг окружностей, получаются циклоидальные профили, а с добавлением отрезка прямой, проходящей через МЦВ (полюс зацепления шестерен) до пересечения с образующими окружностями получаются циклоидально-эвольвентные профили. На основании теоремы Камуса известно, что вычерчивающая точка, связанная с центроидой (образующей центроидой), перекатываемой по двум другим центроидам, образует взаимоогибаемые профили – эта теорема является основой данного метода профилирования. Меняя диаметр образующей центроиды, точнее меняя модуль циклоидальной кривой , и выбирая разные углы наклона прямой ( ), получили восемь вариантов циклоидальных и циклоидально-эвольвентных профилей, которые по отдельности или в различных сочетаниях двух боковых сторон зуба признаны изобретениями. Имея уравнения линии зацепления (уравнения окружности и отрезка прямой) в неподвижной системе координат, можно получить уравнения сопряженных профилей зубьев колес, если записать уравнения линии зацепления в подвижных системах координат, связанных с этими колесами. Но так как известно, что эти профили – циклоиды и эвольвенты, а их уравнения в общем виде известны, то из линии зацепления определяем границы составных участков профиля, и, используя нижеуказанные основные параметры зацепления, выводим уравнения профиля. Основными параметрами геометрии РО, определяющими вид профиля, являются: число ведомых роторов; отношение числа зубьев ВЩ к числу зубьев ВМ ; относительная глубина нарезки ротора; относительный ход винта ; – центральный угол образующей шестерни ведущего (ведомого) винта; безразмерный диаметр вершин зубьев ротора (безразмерный наружный диаметр) , при – профиль односторонний, при – двусторонний (отсюда разные условия герметичности зацепления, например, при необходимо, чтобы одна сторона профиля была вогнутой удлиненной эпициклоидой при ); безразмерный радиус перехода фаски профиля ведомого винта , где – радиус начала фаски; модуль циклоидальных кривых , где – радиус центроиды неподвижного круга, – радиус центроиды подвижного круга; – модуль (делительный нормальный модуль) эвольвентного зубчатого колеса; ( ) – угол зацепления эвольвентной цилиндрической передачи. На основании общих законов зацепления соотношение между размерами совместно работающих винтов определяются системой уравнений: ; ; ; , а расчет профилей роторов производить в следующей последовательности: – для выбранных значений параметров , , , , и из системы определяются параметры , и ; – из уравнения кривой в параметрическом виде, образующей боковой профиль, по граничным условиям полярной координаты определяются граничные значения параметров. Если боковой профиль составлен из нескольких участков, то значения параметров определяются для всех границ участков кривой; – определяется центральный угол раствора кривой как разность полярных углов , где и ; – по уравнению связи, которое определяется видом образующей шестерни и фиксирует, что сумма центральных углов всех участков равна , находится угол приведения ; – с учетом угла приведения для каждого участка профиля записываются уравнения кривой. В работе приведены уравнения всех кривых, используемых для расчета выше спроектированных профилей. Уравнения эпициклоиды (обычной, укороченной, удлиненной) выражаются следующими параметрическими формулами ; , где – расстояние вычерчивающей точки от центра образующего круга; – угол между осью и осью , соединяющей центры центроид. Зависимость между радиус-вектором текущей точки эпициклоиды и углом скатывания находится из условия: . Если , то угол раствора обычной эпициклоиды от точки, соответствующей , до точки, соответствующей текущей точки, равен . Для обычной гипоциклоиды, если , уравнения выглядят ; ; ; . Для образования профиля применяются также удлиненная эпициклоида (УЭ), укороченная эпициклоида (УКЭ) и эвольвента (ЭВ). Если образующие шестерни роторов идентичны: , то уравнения эвольвенты в полярных координатах имеют вид ; , где . В работе приведены уравнения для определения границ участков профилей и углов раствора каждого участка, которые необходимы для синтеза профиля. Для расчета профилей режущего инструмента (профилей дисковых фрез) применен метод проф. С.И. Лашнева, заключающийся в том, что для каждой точки профиля, характеризующейся полярными координатами , , углом между радиус-вектором и касательной к профилю, в данной точке находится соответствующая точка профиля фрезы. В работе указано, как для каждого из рассмотренных профилей находятся эти исходные данные и приводится табличный алгоритм расчета профиля фрезы. В третьей главе рассматриваются также теоретические и экспериментальные исследования двусторонних негерметичных профилей: с вогнутой удлиненной эпициклоидой; с удлиненной и обычной эпициклоидами; с эвольвентой, удлиненной и укороченной эпициклоидами; с удлиненной эпициклоидой и обычной гипоциклоидой; с гипоциклоидой, эвольвентой и эпициклоидами, а также профили на основе линий зацепления, представляющих собой сочетания отрезка прямой и дуг окружностей. Здесь же рассмотрены: силовые взаимосвязи в роторно-вращательных насосах; силы, действующие на винты, и жесткость винтов; влияние геометрии винтов на энергетические и виброакустические характеристики насосов. Установлено, что профили и , имеющие закругленные кромки на винтах, наряду с увеличением прочности кромок обеспечивают масляный клин между винтами и обоймой. При цевочном циклоидальном зацеплении наряду со скольжением имеет место и качение. Доля качения тем больше, чем больше радиусы цевок и , при этом возрастает нагрузочная способность зацепления, так как имеет место контакт выпуклых участков с вогнутыми. Причем соприкосновение винтов происходит по двум контактным линиям (линейный контакт), а не в точке, как у зацепления Новикова (точечный контакт). Увеличение радиусов и увеличивает треугольную щель в зацеплении – соответственно возрастают утечки. Применив в каждом конкретном случае радиусы цевок (фасок) в пределах , получаем надежные насосы с хорошими энергетическими и виброакустическими характеристиками. На силовой контакт винтов большое влияние оказывает относительная величина хода винтов, которая меняется в пределах . С целью создания большого числа замкнутых камер ранее для высоконапорных насосов применялся ход , теперь в пределах , при этом насосы имеют лучшие ВШХ. В результате многочисленных экспериментов и анализа работы серийных насосов установлено, что оптимальными профилями являются профили ( ) и с различной величиной радиуса цевки (фаски) , определяемой конкретным назначением насоса. У профиля IMO (профили и ) вся высота фаски ВМ равна , у профилей и эта высота в два-три раза больше. Выбор фасок винтов трехвинтовых насосов. Фаска (см. рис. 13) нужна для увеличения ресурса и прочности кромки ВМ. Поскольку с увеличением размера фаски уменьшается герметичность зацепления, на основе анализа отечественных и иностранных профилей был определен рациональный размер фаски. Были испытаны профили с разной относительной высотой фаски ( ), где – высота фаски (зуба). Варианты профиля имеют фаски в диапазоне , профиль имеет закругленные фаски на ВМ с и и на ВЩ с , где – диаметр центроиды ВМ. Конечно, чем меньше высота фаски, тем больше подача и тем легче прикатывается комплект винтов на абразивном порошке и, соответственно, легче получить требуемые виброшумовые характеристики (ВШХ) насосов. Но из-за быстрого изнашивания фаски характеристики насоса ухудшаются. Кроме того, острые закаленные кромки имеют повышенную хрупкость, а «сырые» отгибаются, т.е. надежность насоса уменьшается. Подводя итог, можно сказать, что винтовые насосы в широкой области применения достаточно надежны при фасках . В три-пять раз более длительная прикатка винтов с профилями R1 и R5, чем с профилем – это ускоренные испытания на износ, которые характеризуют повышенный ресурс насоса с профилями и . Практика изготовления и эксплуатации насосов показала, что наиболее надежны профили и , после их внедрения резко уменьшилось количество рекламаций на изделие ОАО «Ливгидромаш». Например, при первоначальной поставке для маслосистем газовых компрессоров насосов (с профилем вида 6) наблюдалось их массовое заклинивание. Замена профилей вида 6 на профиль устранила эту проблему. Насос с профилем , проработав на стенде 50000 часов (11 лет с перерывами), остался в рабочем состоянии (подача изменилась всего на ). При этом КПД насосов с профилями и достаточно высоки и лежит в пределах . Установлено, что виброшумовые характеристики насосов зависят от величины центрального угла раствора дна впадины винта (ВМ) . Этот угол определяет гидравлический крутящий момент на винте и соответственно разгрузку от силового взаимодействия между винтами. В работе обоснована формула зависимости момента сил трения в насосе от угла : , где – усредненный односторонний зазор между винтом и обоймой; – рабочая длина винтов; – частота вращения винтов; – динамическая вязкость перекачиваемой жидкости. С целью экспериментальной проверки полученной зависимости для серийного насоса были изготовлены пять комплектов винтов к нему с различными углами : . Экспериментальные исследования показали хорошую сходимость расчетов по формуле с экспериментальными данными. Выше приведенная формула позволила обосновать рациональные углы α для конкретных режимов работы насоса. Экспериментальные сравнения характеристик одновинтовых насосов с трехзаходным и однозаходными винтами были проведены на насосах ( ) и ( ). Они показали, что при меньших размерах насос обеспечивает большую подачу и давление, чем насос . Особенно выгодно применение МРО при малых оборотах ( и ниже) и высоких давлениях (порядка и выше), при которых насос с МРО имеет и более высокий общий КПД (на ), чем насос с однозаходным винтом. При частоте вращения с точки зрения высокого общего КПД целесообразно применять МРО при давлениях и выше. Рассчитаны три варианта МРО с . Все три варианта МРО имеют внедрение. МРО с наиболее износостойкий насос – а насос с обладает самым высоким КПД ( ). Радиальная сила, действующая на одну нарезку (на один барабан) двухпоточного винта, расположенная от конца барабана со стороны нагнетания на расстоянии, равном половине хода винта, теоретически может определяться через параметры винта как , где – межосевое расстояние между РО. Величина этой же радиальной силы, полученной по экспериментальным данным, на больше и составляет . Радиальная сила, действующая на весь двухпоточный винт, составляет . По этим формулам рассчитаны прогибы винтов мультифазных насосов. При их испытании на воде зафиксированы точки перехода жидкостного трения в полужидкостное, т.е. когда прогиб винта равен зазору между ним и обоймой. Доказано, что для этих точек расчетный прогиб равен зазору, а поэтому сделан вывод о достоверности эмпирической формулы. |
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 |
