CN101451527A - 一种新型螺杆压缩机端面齿形 - Google Patents

Abstract

螺杆压缩机由一对具有特殊端面齿形的螺旋形转子，互相啮合作回转运动来压缩输送气体，转子端面齿形由各种形式的型线构成。本发明提供了一种新型螺杆压缩机端面齿形。本发明的技术特征是：转子端面齿形由圆弧性质、椭圆性质的型线以及它们的包络线分五段组成，相邻两段型线在连接点处光滑过渡，转子接触线短，泄漏三角形小，过流面积大，呈流线型，气动阻力小。特别是，在阳转子齿顶采用椭圆形线的设计方案，减小了阳转子齿顶与转子腔内壁的间隙，进一步改善了螺杆压缩机的密封性能。

Description

一种新型螺杆压缩机端面齿形

1技术领域

本发明涉及螺杆压缩机的关键技术。螺杆压缩机广泛应用于空气压缩、制冷、空调、工艺气体压缩等领域，在中低压工况下占有绝大部分市场分额。

2背景技术

螺杆压缩机端面齿形的好坏，将直接影响到螺杆压缩机的性能，例如密封性、效率、面积利用系数等。目前市场上流行的齿形有GHH齿形、日立齿形、SRM齿形等，它们都有自己的优缺点。

3发明内容

本发明是在吸取国内外现有螺杆压缩机齿形优点的基础上，研制出一种新型螺杆压缩机转子齿形，使转子除了具有接触线短、泄漏三角形小、过流面积大、转子型线呈流线型、减小气动阻力优点外，更重要的是，本发明提供了一种方案，用来改善阳转子齿顶圆与转子腔内壁间隙的密封性能，使原来的线密封更接近带密封，从而提高螺杆压缩机的密封性能和效率。

本发明的螺杆压缩机转子端面齿形上的椭圆弧c₁d₁段，不同于圆弧段，通过调整椭圆长短轴长度的比，可以使阳转子齿顶与压缩腔内壁的间隙更接近于带密封，从而提高了压缩机的密封性能，提高了压缩机的内效率。

本发明的齿形可为单边不对称和双边不对称型。当齿形是单边不对称时，阴转子(F)的半径R₂等于阴转子节圆(F_j)的半径R_2j。当齿形是双边不对称时，阴转子(F)齿顶圆的半径R₂满足：R₂-R_2j＝0~0.04(A)。

4附图说明

图1是螺杆压缩机阴阳转子双边不对称齿形。图2是图1中椭圆弧段c₁d₁附近结构的放大图。

本发明分别采用五段形线组成阴、阳转子端面齿形。以阴、阳转子中心距A的不同尺寸来构成螺杆压缩机的阴、阳转子的齿形系列，各段形线之间在连接点处具有公切线，是光滑过渡的。阴转子(F)和阳转子(M)的形线组成如下。

阴转子(F)的形线组成：

a₂b₂段：由在阴转子(F)上，中心在节圆Fj内的o₅点上，长半轴为o₅a₂，短半轴为o₅b₂的四分之一椭圆形成(见图1)。

b₂c₂段：由在阴转子(F)上，中心在两节圆F_j、M_j的交点p上，半径为(R₁-R_1j)的圆弧形成(见图1)。

c₂d₂段：由在阳转子(M)上，中心在o₁o₂连线上o₄点，以c₁o₄线段为短轴，以o₄h线段为长轴的椭圆弧c₁d₁(见图2)的椭圆包络线形成。

d₂e₂段：由在阴转子(F)上，圆心为o₃点，半径为线段o₃d₂长的圆弧形成(见图1)。

e₂f₂段：由在阴转子(F)上，圆心为o₂点，半径为R₂的齿顶圆弧形成(见图1)。

阳转子(M)的形线组成(见图1)：

a₁b₁段：由阴转子(F)上，四分之一椭圆a₂b₂的椭圆包络线形成。

b₁c₁段：由阳转子(M)上，圆心在p点，半径为(R₁-R_1j)的圆弧形成。

c₁d₁段：由阳转子(M)上，中心在o₁o₂连线上o₄点，以c₁o₄线段为短轴，以o₄h线段为长轴的一段椭圆弧(见图2)形成。

d₁e₁段：由在阴转子(F)上的圆弧d₂e₂段的圆弧包络线形成。

e₁f₁段：由阳转子(M)上，圆心在o₁点，半径为(A-R₂)的圆弧形成。

阴转子(F)的c₂d₂段与d₂e₂段的连接点d₂点处，两曲线有公切线。d₂点在阴转子节圆(F_j)内，距节圆(F_j)的距离为0.01~0.05(R_2j)。d₂e₂段的圆心o₃点在节圆(F_j)内。

阳转子(M)的c₁d₁段与d₁e₁段的连接点d₁点上，两曲线有公切线。c₁o₄线段的长度为0.01R₁~0.06R₁，o₄h线段的长度为c₁o₄线段长度的1~1.5倍。

阴转子(F)与阳转子(M)上的圆弧b₂c₂段与b₁c₁段的半径(R₁-R_1j)满足如下条件：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45~0.55。

另外，阴阳转子的a₂、b₂、c₂、e₂、a₁、b₁、c₁、e₁点处，相邻曲线有公切线。

阴阳转子端面齿形的中心距为A。阳转子齿数为z₁，阴转子齿数为z₂，选择z₁、z₂所依据的原则是：对用于低压工况的压缩机，z₁/z₂可取3/4等；对用于中高压工况的压缩机，z₁/z₂可取4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。然后，可确定阳转子节圆Mj的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A＝R_1j+R_2j，R_1j/R_2j＝z₁/z₂。然后，可确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)/R₂＝0~0.03。然后，可确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45~0.55。

5具体实施方式

下面就附图对转子端面齿形的构建作详细说明。图1是螺杆压缩机阴阳转子双边不对称齿形。图2是图1中椭圆弧段c₁d₁附近结构的放大图。

根据图1、图2所示的螺杆压缩机转子齿形，阴转子(F)的型线由a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂五段组成，阳转子(M)的型线由a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁五段组成。

首先，确定阴阳转子端面齿形的中心距A。然后，确定阴阳转子的齿数，阳转子齿数为z₁，阴转子齿数为z₂，所依据的原则是：对用于低压工况的压缩机，z₁/z₂可取3/4等；对用于中高压工况的压缩机，z₁/z₂可取4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。然后，确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆Fj的半径R_2j，所依据的原则是：A＝R_1j+R_2j，R_1j/R_2j＝z₁/z₂。然后，确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)/R₂＝0~0.03。然后，确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45~0.55。

在阳阴转子中心连线o₁o₂上，在阳齿顶圆与线段o₁o₂的交点c₁与阳转子中心o₁之间，靠近c₁点附近取o₄点，使c₁o₄线段的长度为0.01R₁~0.06R₁。然后，过o₄点作o₁o₂直线的垂线o₄h(见图2)，选o₄h线段的长度为c₁o₄线段长度的1~1.5倍。以c₁o₄线段为短轴，以o₄h线段为长轴作四分之一椭圆弧c₁d₁h(d₁是该弧上的点，见图2)，d₁点的位置如何确定在后面说明。

将阳转子节圆M_j在阴转子节圆F_j上作纯滚动，阳转子节圆M_j的自转角速度与公转角速度之比为z₂/z₁，固结在阳转子上的椭圆弧c₁d₁h的轨迹就可形成一条包络线c₂d₂(见图1)，其中，c₂点与c₁点啮合，d₂点与d₁点啮合。d₂点是c₂d₂包络线与圆心在o₂点半径为线段o₂d₂长的圆弧的交点，线段o₂d₂的长度选择为0.95R_2j~0.99R_2j。d₂点位置确定后，d₁点的位置也就确定了。

在d₂点作c₂d₂包络线的法线d₂o₃，在法线d₂o₃上选择一点o₃，使得以o₃点为中心以线段o₃d₂长为半径所作的圆弧d₂e₂，与c₂d₂包络线相切于d₂点，与阴转子齿顶圆相切于e₂点(见图1)。注意，o₃点必须落在阴转子节圆Fj内。这样，阴转子齿形上的圆弧d₂e₂段就确定了。

在阴转子齿顶圆上选择一段圆弧e₂f₂(见图1)，圆弧e₂f₂的弧长选为0.8~2.0毫米。圆弧e₂f₂向圆心o₂点所张的圆心角为Φ₂(见图1)。另外，半径o₂o₃e₂与直线o₂o₁的夹角为Φo₃(见图1)。

过o₂点作半径o₂o₅a₂(a₂点在阴转子齿顶圆上)，使半径o₂o₅a₂与直线o₂o₁的夹角Φo₅(见图1)为：Φo₅＝2∏/z₂-Φo₃-Φ₂，过阴转子节圆F_j与阳转子节圆M_j的交点p，作半径o₂o₅a₂的垂线po₅，o₅点是垂足。以节点p为圆心，以线段pc₁长为半径，作圆弧b₂c₂(圆弧b₁c₁与圆弧b₂c₂重合)，它与垂线po₅交于b₂点(b₁点与b₂点重合)。

以o₅点为中心，以o₅b₂线段为短轴，以o₅a₂线段为长轴，作四分之一椭圆弧a₂b₂(见图1)。

到目前为止，我们完成了阴转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下五段齿形：a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂。整个阴转子端面齿形由z₂个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。

现在着手完成阳转子端面齿形的构建工作。

椭圆弧c₁d₁的构建工作，前面已经完成。

将阴转子节圆F_j在阳转子节圆M_j上作纯滚动，阴转子节圆F_j的自转角速度与公转角速度之比为z₁/z₂，固结在阴转子上的圆弧d₂e₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线d₁e₁(见图1)。其中，d₁点与d₂点啮合，e₁点与e₂点啮合。还有，固结在阴转子上的圆弧e₂f₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线e₁f₁(见图1)。圆弧包络线e₁f₁是以o₁点为圆心的圆弧。啮合关系为：e₁点与e₂点啮合，f₁点与f₂点啮合。还有，固结在阴转子上的椭圆a₂b₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线a₁b₁(见图1)。啮合关系为：a₁点与a₂点啮合，b₁点与b₂点啮合。

另外，销齿圆弧b₁c₁的构建工作，前面已经完成。

到目前为止，我们又完成了阳转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下五段齿形：a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁。整个阳转子端面齿形由z₁个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。

这样，阴阳转子端面齿形就被完全构建出来了。

Claims (2)

1 一种改善阳转子齿顶与转子腔内壁间隙的密封性能的端面齿形结构：阳转子齿顶型线由销齿圆弧和椭圆弧组成。椭圆弧的作用是提高阳转子齿顶与转子腔内壁间隙的密封性能，使间隙密封更接近带密封。

2 阴阳转子端面齿形的组成结构：阴转子端面齿形由四分之一椭圆、销齿圆弧、椭圆包络线、圆弧、齿顶圆弧五段形线组成，阳转子端面齿形由椭圆包络线、销齿圆弧、椭圆弧、圆弧包络线、齿根圆弧五段形线组成。

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