Шнековые элементы со сниженной энергоподачей при повышении давления

Шнековые элементы со сниженной энергоподачей при повышении давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается шнековых элементов с новыми самоочищающимися и вращающимися в одном направлении шнековыми профилями с плотным зацеплением для многовальных шнековых машин с попарно вращающимися в одном направлении и попарно точно очищающими друг друга скоблением шнековыми валами, применения шнековых элементов в многовальных шнековых машинах, а также способа создания шнековых элементов.

Двухвальные или при необходимости многовальные машины с однонаправленным вращением, роторы которых взаимно очищают друг друга точным скоблением, известны уже давно (см., например, патент Германии DP 862668). В изготовлении и обработке полимеров шнековые машины, работа которых основана на принципе профилей с точным зацеплением и очисткой скоблением, нашли разнообразное применение. Это в первую очередь обусловлено тем фактом, что расплавы полимеров прилипают к поверхностям, а при обычных температурах переработки они со временем разлагаются, чему препятствует самоочистка шнеков скоблением. Правила создания шнековых профилей с точной очисткой скоблением приведены, например, в публикации [1] на стр.96-109 ([1] - книга Klemens Kohlgruber. Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser Verlag Munchen 2007). В этой публикации также изложено, что заданный профиль шнека на первом валу двухшнекового экструдера определяет профиль шнека на втором валу двухшнекового экструдера. Поэтому профиль шнека на первом валу двухшнекового экструдера называют создающим профилем шнека. Профиль шнека на втором валу двухшнекового экструдера определяется профилем шнека на первом валу двухшнекового экструдера, и поэтому его называют создаваемым профилем шнека. В многовальном экструдере формирующий профиль шнека и формируемый профиль шнека всегда применяют на соседних валах попеременно.

Современные двухшнековые экструдеры построены по модульному принципу, при котором на основной вал можно надеть различные шнековые элементы. Благодаря этому специалист может настроить двухшнековый экструдер на конкретный процесс с конкретными задачами.

Как известно специалисту, и как, например, изложено в [1] на страницах 96-109, известный шнековый профиль по Эрдменгеру с плотным зацеплением, самоочисткой и вращением в одном направлении можно однозначно задать тремя величинами: числом ходов (витков) z, наружным радиусом шнека rа и межосевым расстоянием а. Число витков z - это целое число, большее или равное 1. Еще одна важная величина профиля шнека - это внутренний радиус ri. Еще одна важная величина профиля шнека - это глубина витка П.

Участки профиля шнека, идентичные наружному радиусу шнека, называют участками гребня. Участки профиля шнека, идентичные внутреннему радиусу шнека, называют участками паза. Участки профиля шнека, меньшие, чем наружный радиус шнека и большие, чем внутренний радиус, называются боковыми участками. Область многовального экструдера, в котором два отверстия в корпусе взаимно проникают друг в друга, называют областью промежутка. Две точки пересечения сверленых отверстий в корпусе называют углами корпуса.

Угол гребня δ_kw z-ходового шнекового профиля по Эрдменгеру рассчитывают как δ_kw=π/z-2*arccos(0,5*a/ra), причем под π подразумевают отношение длины окружности к ее диаметру (π≈3,14159) [1]. Из формулы для расчета угла гребня следует, что угол гребня 1-ходового и 2-ходового шнекового профиля по Эрдменгеру при одинаковом межосевом расстоянии и одинаковом наружном радиусе шнека отличаются на π/2. Если радиус корпуса rg равен наружному радиусу rа, то угол раскрытия δ_gz между пазухами корпуса можно рассчитать как δ_gz=2*arccos(0,5*a/ra). Для одноходовых шнековых профилей по Эрдменгеру это означает, что область промежутка (пазухи) для соотношения наружного радиуса шнека к межосевому расстоянию, меньшего, чем примерно 0,707, получает уплотнение областью гребня шнекового профиля.

Участки корпуса в окружении углов корпуса называют областью пазухи корпуса. В рамках нижеследующего изложения эта область (этот участок) включает в себя в каждом отверстии корпуса, при рассмотрении от каждого угла корпуса, угол δ_gb, отнесенный на середину отверстия корпуса, рассчитываемый как разность угла гребня одноходового шнекового профиля по Эрдменгеру и угла раскрытия между обоими углами корпуса: δ_gb=π-4*arccos(0,5*a/ra).

Кроме того, в [1] подробно изложены строение, функция и способ работы двухвальных и многовальных экструдеров. Отдельная глава (стр.227-248) посвящена шнековым элементам и способам их работы. В ней подробно описаны строение и функция транспортировочных, месильных и смесительных элементов. Для перехода между различными шнековыми элементами с различным числом ходов часто в качестве распорной втулки используют подкладные диски. В особых случаях используют так называемые переходные элементы, которые позволяют осуществить плавный переход между двумя шнековыми профилями с различным числом витков, причем в каждой точке перехода имеет место самоочищающаяся пара профилей шнеков.

В патенте Германии DP 813154 показан одноходовой самоочищающийся профиль с плотным зацеплением, вращающийся в одном направлении. Такие шнековые профили обладают тем преимуществом, что область гребня уплотняет область промежутка (пазухи), благодаря чему транспортировочные элементы, созданные на основе этого профиля, способны к значительному наращиванию давления. Недостаток таких шнековых профилей состоит в том, что область гребня слишком велика, ввиду чего формируется нежелательная термическая и механическая нагрузка подлежащих обработке вязких текучих материалов.

В патенте США US 4131371 А и в патенте Германии DE 3412258 А1 описаны эксцентриковые трехходовые самоочищающиеся шнековые профили с плотным зацеплением, вращающиеся в одном направлении. Эксцентриковость всегда реализуется таким образом, что корпус очищается только одним гребнем. Такие шнековые профили обладают тем недостатком, что область пазухи не герметизирована, в силу чего возможности повышения давления в транспортировочном элементе, использующем такие профили, низка.

В патенте Германии DE 4239220 А1 описан 3-ходовой самоочищающийся профиль шнека, у которого углы 3 гребней имеют различную величину. С корпусом соприкасается только гребень с наибольшим углом. Такие шнековые профили обладают тем недостатком, что область пазухи не герметизирована, в силу чего возможности повышения давления в транспортировочном элементе, использующем такие профили, низка.

В европейском патенте ЕР 2131 А1 в числе прочего представлены самоочищающиеся шнековые профили с плотным зацеплением, вращающиеся в одном направлении, у которых корпус скоблят две области гребня, а расстояние между корпусом и располагающегося между двумя областями паза бокового участка меньше половины глубины нарезки или равно ей. Недостаток таких шнековых профилей состоит в том, что расстояние между упомянутым боковым участком и корпусом столь мало, что указанный боковой участок оказывает противодействие течению, препятствуя повышению давления в транспортировочном элементе, созданном на основе таких шнековых профилей.

Поэтому, исходя из известного уровня техники, поставлена задача предложить шнековые элементы для многовальных шнековых машин, одновременно характеризующиеся максимальным возможным повышением давления, минимальной возможной термической и механической нагрузкой на продукт и минимальным возможным сопротивлением потоку.

Неожиданно было обнаружено, что эту задачу можно решить с помощью шнековых элементов с заданной последовательностью боковых областей, областей гребня и областей паза.

Поэтому предметом изобретения являются новые шнековые элементы для многовальных шнековых машин, отличающиеся тем, что создающий и создаваемый шнековый профили характеризуются последовательностью «участок уплотнения - переходный участок - участок канала - переходный участок».

Под участком уплотнения подразумевают последовательность «область гребня - боковая область - область гребня». Под участком канала подразумевают последовательность «область паза - боковая область - область паза». Под переходым участком подразумевают последовательность областей (участков) профиля шнека, начинающуюся боковой областью и заканчивающуюся тоже боковой областью.

Участок уплотнения шнековых элементов предпочтительно характеризуется тем, что

- боковой участок расположен относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_fb1, который больше половины угла раскрытия между углами корпуса (δ_fb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно больше (δ_fb1≥2*arccos(0,5*a/ra)) или равен углу раскрытия между углами корпуса,

- область гребня расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_kb1, который больше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_kb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_kb1≤π/2-2*arccos(0,5*a/ra)),

- другая область гребня расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_kb2, который меньше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_kb2≤arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_kb2≤π/2-2*arccos(0,5*a/ra)).

Сумма углов областей гребня и боковых областей δ_kb1, δ_kb2 и δ_fb1 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от 0,75*δ_gz до 2*δ_gb+δ_gz. В особо предпочтительной форме исполнения сумма углов областей гребня и боковых областей δ_kb1, δ_kb2 и δ_fb1 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от *δ_gz до δ_gb+δ_gz.

Участок канала шнековых элементов предпочтительно характеризуется тем, что

- боковой участок расположен относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_fb2, который больше половины угла раскрытия между углами корпуса (δ_fb2≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно больше (δ_fb2≥2*arccos(0,5*a/ra)) или равен углу раскрытия между углами корпуса, а минимальное расстояние между боковым участком и радиусом шнека га больше, чем половина глубины нарезки h,

- область паза расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_nb1, который больше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_nb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_nb1<π/2-2*arccos(0,5*a/ra)),

- другая область паза расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_nb2, который меньше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_nb2≤arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_nb2≤π/2-2*arccos(0,5*а/га)).

Сумма углов областей паза и боковых областей δ_nb1, δ_nb2 и δ_fb2 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от 0,75*δ_gz до 2*δ_gb+δ_gz. В особо предпочтительной форме исполнения сумма углов областей паза и боковых областей δ_nb1, δ_nb2 и δ_fb1 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от *δ_gz до δ_gb+δ_gz.

Переходный участок характеризуется тем, что он начинается в боковой области и в боковой области же и заканчивается. Предпочтительно переходный участок состоит из последовательности «боковая область - область гребня - боковая область», или же из последовательности «боковая область - область паза - боковая область», или из последовательности «боковая область - область гребня - боковая область - область паза - боковая область», или из последовательности «боковая область - область паза - боковая область - область гребня -боковая область». В особо предпочтительной форме исполнения переходный участок состоит из одной боковой области. В этом случае переходный участок начинается и заканчивается в этой самой одной боковой области.

Изобретение не ограничено шнековыми элементами обычной ныне модульной конструкции, состоящей из шнековых элементов и центральных валов, а применимо также к шнекам сплошной конструкции. Поэтому под понятием "шнековые элементы" подразумевают также сплошные шнеки. Шнековые элементы согласно изобретению можно применять как транспортировочные элементы, месильные элементы и/или как смешивающие элементы.

Транспортировочный элемент, как известно, отличается тем (см., например, [1], стр.227-248), что профиль шнека непрерывно поворачивается в осевом направлении и продолжается подобно винту. При этом Транспортировочный элемент может быть правым или левым. Шаг транспортировочного элемента предпочтительно находится в пределах от 0,1 до 10 величин межосевого расстояния, причем под шагом подразумевают длину по оси, необходимую на полный оборот профиля шнека, а длина по оси транспортировочного элемента предпочтительно находится в пределах от 0,1 до 10 значений межосевого расстояния.

Месильный элемент, как известно, отличается тем (см., например, [1], стр.227-248), что профиль шнека ступенчато продолжается в осевом направлении в форме месильных дисков. Расположение месильных дисков может быть правоходным, левоходным или же нейтральным. Длина месильных дисков по оси предпочтительно находится в пределах от 0,05 до 10 значений межосевого расстояния. Расстояние между двумя месильными дисками по оси предпочтительно находится в пределах от 0,002 до 0,1 значений межосевого расстояния.

Смесительные элементы, как известно (см., например, [1], стр.227-248), формируют путем изготовления транспортировочных элементов с проемами в гребнях шнеков. Смесительные элементы могут быть правоходными или левоходными. Шаг их предпочтительно находится в пределах от 0,1 до 10 величин межосевого расстояния, а длина элементов по оси предпочтительно находится в пределах от 0,1 до 10 величин межосевого расстояния. Проемы предпочтительно имеют форму U-образного или v-образного паза, которые предпочтительно располагают в направлении, противоположном таковому подачи, или же параллельно оси.

Специалисту известно, что шнековые профили с прямой очисткой скоблением нельзя непосредственно вставить в двухшнековый экструдер, наоборот, между шнеками должен быть промежуток (зазор, люфт). В книге [1], начиная с стр.28, описаны различные возможные стратегии осуществления этого. В шнековых профилях шнековых элементов согласно изобретению возможны зазоры, составляющие величину в пределах от 0,001 до 0,1 относительно диаметра профиля шнека, предпочтительно от 0,002 до 0,05, а особо предпочтительно - от 0,004 до 0,02. Как известно специалисту, зазоры между шнеком и корпусом могут отличаться от зазоров между шнеками либо же быть одинаковы. Зазоры также могут быть постоянны или варьировать в заданных пределах. Также возможно сдвигать профиль шнека в пределах зазоров. Возможные методики, предназначенные для этих целей, - это, например, описанная в [1], начиная со стр.28, возможность увеличения межосевого расстояния, эквидистанты продольного сечения или пространственной эквидистанты, причем все они известны специалисту. При увеличении межосевого расстояния конструируют профиль шнека меньшего диаметра и раздвигают на величину зазора между шнеками. При использовании метода эквидистанты продольного сечения кривую профиля в продольном сечении (параллельно оси) сдвигают внутрь на половину зазора между двумя шнеками. В методе с использованием пространственной эквидистанты, исходя из пространственной кривой, по которой истираются шнековые элементы, шнековый элемент уменьшают на половину величины зазора между двумя шнеками в направлении, перпендикулярном плоскостям профилей с точной очисткой скоблением. Предпочтительно применять эквидистанту продольного сечения и пространственную эквидистанту, особо предпочтительно пространственную эквидистанту.

Кроме того, предметом изобретения является способ создания новых шнековых элементов согласно изобретению. В целом, плоские, самоочищающиеся шнековые профили с плотным зацеплением, вращающиеся в одном направлении, можно создавать описанным ниже общим способом.

Общий способ создания плоских, самоочищающихся шнековых элементов с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, расстояние а между осями вращения создающего и создаваемого профилей шнека у которых можно варьировать, отличается тем, что создающий профиль шнека формируется из n дуг окружности, а создаваемый профиль шнека -из n' дуг окружности, причем

- создающий профиль шнека и созданный профиль шнека располагаются в одной плоскости,

- ось вращения создающего профиля шнека и ось вращения создаваемого профиля шнека в каждом случае пересекают под прямым углом указанную плоскость профилей шнека, причем точку пересечения оси вращения создающего профиля шнека с указанной плоскостью называют центром вращения создающего профиля шнека, а точку пересечения оси вращения создаваемого профиля шнека с указанной плоскостью называют центром вращения создаваемого профиля шнека,

- выбирают число дуг окружности n создающего профиля шнека, причем n - это целое число, большее или равное 1,

- выбирают наружный радиус rа создающего профиля шнека, причем га может принимать значения, большие 0 (rа>0) и меньшие или равные межосевому расстоянию (rа≤а),

- выбирают внутренний радиус n создающего профиля шнека, причем n может принимать значения, большие или равные 0 (ri≥0) и меньшие или равные га (ri≤ra),

- дуги окружности создающего профиля шнека располагаются вокруг оси вращения создающего профиля шнека в направлении по часовой или против часовой стрелки соответственно нижеследующим правилам расположения так, что:

- все дуги окружности создающего профиля шнека переходят друг в друга по касательной таким образом, что получается замкнутый выпуклый профиль, причем дуга окружности, радиус которой равен 0, рассматривают как дугу окружности, радиус которой составляет eps, причем eps - это очень малое вещественное положительное число, стремящееся к нулю (eps<<1, eps→0),

- каждая из дуг окружности создаваемого профиля шнека располагается внутри или на границе кольца, имеющего наружный радиус rа и внутренний радиус ri, центр которого лежит в центре вращения создающего профиля шнека,

- По меньшей мере одна из дуг окружности создающего профиля шнека касается наружного радиуса rа создающего профиля шнека,

- По меньшей мере одна из дуг окружности создающего профиля шнека касается внутреннего радиуса n создающего профиля шнека,

- величину первой дуги окружности создающего профиля шнека, заданной углом о_1 и радиусом г_1, выбирают так, чтобы угол а_1 в радианах был больше или равен 0 и меньше или равен 2п, причем под те подразумевается отношение длины окружности к ее диаметру (π≈3,14159), а радиус r_1 был больше или равен 0 и меньше межосевого расстояния а или равен ему, а расположение этой первой дуги окружности создающего профиля шнека, получаемое при размещении двух различных точек этой первой дуги окружности, задают в соответствии с указанными правилами расположения, причем первой подлежащей размещению точкой этой первой дуги окружности предпочтительно является начальная точка этой первой дуги окружности, а второй подлежащей размещению точкой этой первой дуги окружности предпочтительно является центр этой первой дуги окружности,

- величины дальнейших n-2 дуг окружности создающего профиля шнека, заданных углами α_2, …, α_(n-1) и радиусами r_2, …, r_(n-1), выбирают так, чтобы углы α_2, …, α_(n-1) в радианах были больше или равны 0 и меньше или равны 2π, а радиусы r_2, …, r, (n-1) были больше или равны 0 и меньше межосевого расстояния а или равны ему, а размещение этих остальных n-2 дуг окружности создающего профиля шнека задают в соответствии с указанными правилами расположения,

- величину последней дуги окружности создающего профиля шнека, заданной углом α_n и радиусом r_n, определяется тем, что сумма n углов n дуг окружности создающего профиля шнека в радианах равняется 2π, причем угол α_n в радианах больше или равен 0 и меньше или равен 2π, а радиус r_n замыкает создающий профиль шнека, причем радиус r_n больше или равен 0 и меньше межосевого расстояния а или равен ему, а размещение этой последней дуги окружности создающего профиля шнека задают в соответствии с указанными правилами расположения,

- n' дуг окружности создаваемого профиля шнека формируют из n дуг окружности создающего профиля шнека посредством того, что

- число дуг окружности создаваемого профиля шнека n' равно числу дуг окружности создающего профиля шнека n, причем n' - целое число,

- наружный радиус создаваемого профиля шнека rа' равен разности при вычитании внутреннего радиуса n создающего профиля шнека из межосевого расстояния (rа'=a-ri),

- внутренний радиус создаваемого профиля шнека n' равен разности при вычитании наружного радиуса га создающего профиля шнека из межосевого расстояния (ri'=а-rа),

- угол α_i' i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека равен углу α_i i-ой дуги окружности создающего профиля шнека, причем i и i' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности n либо же n'(α_1'=α_1, …, α_n'=α_n),

- сумма радиуса r_i' i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека и радиуса r_i i-ой дуги окружности создающего профиля шнека равна межосевому расстоянию а, причем i и i' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности n либо же n' (r_1'+r_1=а, …, r_n'+r_n=а),

- центр i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека находится от центра J-ой дуги окружности создающего профиля шнека на расстоянии, которое равно межцентровому расстоянию а, и центр i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека находится от центра вращения создаваемого профиля шнека на расстоянии, которое равно расстоянию от центра i-ой дуги окружности создающего профиля шнека до центра вращения создающего профиля шнека, а линия, соединяющая центр i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека с центром i-ой дуги окружности создающего профиля шнека, проходит параллельно линии, соединяющей центр вращения создаваемого профиля шнека и центр вращения создающего профиля шнека, причем i и i' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности n либо же n',

- начальная точка i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека располагается относительно центра i'-ой дуги окружности создаваемого профиля шнека в направлении, противоположном направлению, в котором лежит начальная точка i-ой дуги окружности создающего профиля шнека относительно центра i-ой дуги окружности создающего профиля шнека, причем i и i' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности n либо же n'(i'=i),

Из общего способа создания плоских самоочищающихся профилей шнеков с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, вытекают следующие свойства создаваемого профиля шнека:

- создаваемый профиль шнека замкнутый,

- создаваемый профиль шнека выпуклый,

- каждая дуга окружности создаваемого профиля шнека переходит в следующую дугу окружности создаваемого профиля шнека по касательной таким образом, что получается замкнутый выпуклый профиль, причем дугу окружности, радиус которой равен 0, рассматривают как дугу окружности, радиус которой составляет eps, причем eps - это очень малое вещественное положительное число, стремящееся к нулю (eps<<1, eps→0),

- каждая из дуг окружности создаваемого профиля шнека располагается внутри или на границе кольца, имеющего наружный радиус rа' и внутренний радиус ri', центр которого лежит в центре вращения создающего профиля шнека,

- по меньшей мере одна из дуг окружности создаваемого профиля шнека касается наружного радиуса rа' создаваемого профиля шнека,

- По меньшей мере одна из дуг окружности создаваемого профиля шнека касается внутреннего радиуса ri' создаваемого профиля шнека,

Из общего способа создания плоских самоочищающихся профилей шнеков с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, также вытекает, что только в том случае, когда внутренний радиус ri создающего профиля шнека равен разности при вычитании наружного радиуса га создающего профиля шнека из межосевого расстояния (ri=a-rа), наружный радиус rа' создаваемого профиля шнека будет равен наружному радиусу га создающего профиля шнека, а внутренний радиус ri' создаваемого профиля шнека будет равен внутреннему радиусу ri создающего профиля шнека.

Если в создающем профиле шнека имеется дуга окружности с радиусом r_i=0, то в месте этой дуги окружности наблюдается перегиб профиля

шнека, размер которого характеризуется углом α_i. Если в создаваемом профиле шнека имеется дуга окружности с радиусом r,i'=0, то в месте этой дуги окружности наблюдается перегиб профиля шнека, размер которого характеризуется углом α,i'.

Кроме того, общий способ создания плоских самоочищающихся профилей шнеков с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, отличается тем, что его можно реализовывать с помощью исключительно угольника и циркуля. Так, переход по касательной от i-ой к (i+1)-ой дуге окружности создающего профиля шнека конструируют, описывая вокруг конечной точки i-ой дуги окружности окружность радиусом r_(i+1), а ближняя к центру вращения создающего профиля шнека точка пересечения этой окружности с прямой, задаваемой центром и конечной точкой i-ой дуги окружности, становится центром (i+1)-ой дуги окружности. На практике для конструирования профилей шнека вместо циркуля и угольника целесообразно применять компьютерную программу.

Профили шнеков, изготовленные общим способом, не зависят от числа витков z.

Создаваемый профиль шнека может быть не идентичен создающему профилю шнека. Из изложения специалисту легко понять, что общий способ, в частности, пригоден для того, чтобы создавать переходные элементы между шнековыми элементами с различным числом витков. Начиная с z-ходового профиля шнека, возможно шаг за шагом изменять создающий и создаваемый профили шнека так, чтобы в конце концов получить профиль шнека с числом витков z', отличным от z. При этом во время перехода допускается уменьшение или увеличение числа дуг окружности.

Типичные профили шнеков, применяемые на практике, отличаются тем, что создающий и создаваемый профили шнеков при нечетном числе ходов идентичны, а при четном числе ходов создаваемый профиль шнека совпадает с создающем профилем шнека (перекрывает его) при повороте создающего или создаваемого профиля шнека на π/z. Такие шнековые профили с числом витков z, известные на нынешнем техническом уровне, отличаются тем, что имеют в точности z плоскостей симметрии, которые перпендикулярны плоскости создающего шнекового профиля и проходят через ость вращения создающего шнекового профиля. Аналогичное справедливо для создаваемого профиля шнека. Профили шнеков состоят в каждом случае из 2*z отделов с углом отдела π/z относительно центра вращения соответствующего профиля шнека, которые можно совместить друг с другом посредством вращения или посредством отражения относительно плоскостей симметрии. Такие шнековые профили называют симметричными. В первом специальном способе создания плоских, самоочищающихся профилей шнеков с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, имеется число витков z, разделяющее профили шнеков на 2*z отделов. С помощью первого особого способа можно, однако создавать не только симметричные шнековые профили, в которых 2*z отдела могут перекрывать друг друга при вращении и/или при отражении от плоскостей симметрии, но и асимметричные.

Этот первый особый способ отличается тем, что

- выбирают число витков z причем z - целое число, большее или равное 1,

- число дуг окружности П создающего профиля шнека выбирают так, чтобы оно нацело делилось на 4*z, давая в частном p,

- создающий профиль шнека разделяют на 2*z отделов, которые отличаются тем, что

- каждый отдел ограничен двумя прямыми, угол между которыми в радианах составляет π/z, и которые пересекаются друг с другом в центре вращения создающего профиля шнека, причем две эти прямые называют границами отдела, и причем под тс подразумевается отношение длины окружности к ее диаметру(π=3,14159),

- каждый из этих 2*z отделов подразделяют на первую и вторую часть,

- первая часть отдела формируется p дугами окружности, которые пронумерованы в порядке возрастания или убывания,

- относящиеся к p дугам окружности углы α_1, …, α_p выбирают так, чтобы сумма этих углов была равна π/(2*z), причем углы α_1, …, α_p в радианах больше 0 и меньше или равны π/(2*z),

- вторая часть отдела образуется p' дугами окружности, которые пронумерованы в порядке, обратном порядку нумерации дуг окружности первой части отдела, причем p' - это целое число, равное p,

- относящиеся к p' дугам окружности углы α_p', …, α_1' определяются тем условием, что угол α_j' j'-той дуги окружности второй части отдела должен быть равен углу α_j j-той дуги окружности первой части отдела, причем j и j' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности p либо же p' (α_1'=α_1, …, α_p'=α_p),

- сумма радиуса r_j' j'-ой дуги окружности второй части отдела и радиуса r_j j-ой дуги окружности первой части отдела равна межосевому расстоянию а, причем j и j' - это целые числа, которые совместно приобретают все значения в пределах от 1 до числа дуг окружности p либо же p'(r_1'+r_1=а, …, r_p'+r_p=а),

- на одной из границ отдела, в зависимости от расположения дуг окружности по часовой стрелке или против часовой стрелки, размещают центр одной из дуг окружности, с которой начинается профиль шнека в первой части отдела, и ее начальную точку,

- конечная точка, относящаяся к той дуге окружности, которая завершает профиль шнека в первой части отдела, касается прямой FP, причем прямая FP проходит перпендикулярно к биссектрисе угла, образованного обеими границами данного отдела, и находится в направлении этого отдела на таком расстоянии от центра вращения создающего профиля шнека, которое равно половине межосевого расстояния, причем как биссектриса, так и границы отдела проходят через центр создающего профиля шнека.

Из этого первого особого способа создания плоских, самоочищающихся шнековых элементов с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении с числом витков (ходов) z для создаваемого профиля шнека следует, что каждый из отделов создаваемого профиля шнека построен так, что радиусы дуг окружности создаваемого профиля шнека в обратном порядке равны радиусам дуг окружности создающего профиля шнека.

Профили шнеков, создаваемые в соответствии с первым особым способом, состоят из 2*z отделов, которые могут отличаться друг от друга. Если отделы отличаются друг от друга, то речь идет об асимметричных профилях шнеков.

У симметричных профилей шнеков все 2*z отделов можно совместить друг с другом посредством вращения и/или посредством отражения относительно границ отделов. В этом случае границы отделов располагаются на прямых, образуемых пересечением плоскостей симметрии конкретного профиля с плоскостью, в которой располагается профиль. В силу этого получается второй особый способ создания плоских, самоочищающихся шнековых элементов с плотным зацеплением, вращающихся в одном направлении, с числом витков z. Этот второй особый способ отличается тем, что

- задают только первый отдел создающего профиля шнека, и

- остальные отделы создают путем последовательного отражения относительно границ отделов.

Особые способы также отличаются тем, что они позволяют конструировать соответствующие части профилей только с помощью циркуля и угольника. Так, переход по касательной от j-ой к (j+1)-ой дуге окружности первой части отдела создающего профиля шнека конструируют, описывая вокруг конечной точки j-ой дуги окружности окружность радиусом r_(j+1), а ближняя к центру вращения создающего профиля шнека точка пересечения этой окружности с прямой, задаваемой центром и конечной точкой j-ой дуги окружности, становится центром (j+1)-ой дуги окружности. Далее при нумерации дуг окружности по нарастающей конструируют p-тую дугу окружности первой части отдела создающего шнекового профиля, для чего в конечной точке (р-1)-той дуги окружности прокладывают касательную к (р-1)-той дуге окружности, причем точка пересечения касательной с прямой FP представляет собой центр круга, радиус которого равен длине отрезка между конечной точкой (р-1)-дуги окружности и точкой пересечения касательной с прямой FP, и при этом точка пересечения круга с прямой FP, лежащая в выбранном относительно часовой стрелки направлении, представляет собой искомую точку соприкосновения p-той дуги окружности в своей конечной точке с прямой FP. На практике для конструирования профилей шнека вместо циркуля и угольника целесообразно применять компьютерную программу.

Из изложения специалисту легко понять, что специальные способы также пригодны для того, чтобы создавать переходные элементы между шнековыми элементами с идентичным числом витков. Опираясь на z-ходовой профиль шнека, возможно получить другой z-ходовой профиль шнека, шаг за шагом изменяя профиль шнека в области перехода. При этом во время перехода допускается уменьшение или увеличение числа дуг окружности.

Как общий способ, так и особые способы можно использовать для того, чтобы создавать профили шнековых элементов согласно изобретению. Для этого дуги окружности для изображения создающего и создаваемого профиля шнека следует разместить так, чтобы профили шнека состояли из последовательности «участок уплотнения - переходный участок -участок канала - переходный участок».

При этом для участка уплотнения, состоящего из последовательности «область гребня - боковая область - область гребня», предпочтительно справедливо следующее:

- боковой участок расположен относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_fb1, который больше половины угла раскрытия между углами корпуса (δ_fb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно больше (δ_fb1≥2*arccos(0,5*a/ra)) или равен углу раскрытия между углами корпуса,

- область гребня расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_kb1, который больше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_kb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_kb1≤π/2-2*arccos(0,5*a/ra)),

- другая область гребня расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_kb2, который меньше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_kb2≤arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_kb2≤π/2-2*arccos(0,5*a/ra)).

Сумма углов областей гребня и боковых областей δ_kb1, δ_kb2 и δ_fb1 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от 0,75*δ_gz до 2*δ_gb+δ_gz. В особо предпочтительной форме исполнения сумма углов областей гребня и боковых областей δ_kb1, δ_kb2 и δ_fb1 участка уплотнения предпочтительно находится в пределах от *δ_gz до δ_gb+δ_gz.

Для участка канала, состоящего из последовательности «область паза -боковая область - область паза», предпочтительно справедливо следующее:

- боковой участок расположен относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_fb2, который больше половины угла раскрытия между углами корпуса (δ_fb2≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно больше (δ_fb2≥2*arccos(0,5*a/ra)) или равен углу раскрытия между углами корпуса, а минимальное расстояние между боковым участком и радиусом шнека rа больше, чем половина глубины нарезки h,

- область паза расположена относительно центра вращения профиля шнека под углом δ_nb1, который больше или равен разности угла гребня одноходового профиля шнека по Эрдменгеру при вычитании из него угла раскрытия между углами корпуса (δ_nb1≥arccos(0,5*a/ra)) или равен ей, и который предпочтительно меньше или равен углу гребня двухходового профиля шнека по Эрдменгеру (δ_nb1≤π/2-2*arccos(0,5*a/ra)),

- другая область паза расп