CN102828954A - 一种新型双螺杆压缩机转子型线 - Google Patents

一种新型双螺杆压缩机转子型线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型双螺杆压缩机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；其特点是，阴转子齿型线和阳转子齿型线均由八段二次曲线首尾光滑连接而成；曲线包括圆弧线和圆弧包络线；其中：阴转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、圆弧包络线B2C2、圆弧C2D2、圆弧包络线D2E2、圆弧E2F2、圆弧F2G2、圆弧包络线H2A2、圆弧H2I2；阳转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧B1C1、圆弧包络线C1D1、圆弧D1E1、圆弧包络线E1F1、圆弧F1G1、圆弧包络线H1A1、圆弧包络线H1I1。能使阳转子与阴转子在工作过程中实现最佳啮合，相邻两段组成齿曲线在连接点处光滑过渡，转子接触线比较短，泄漏三角形比较小，成流线型，气动阻力小，具有优良的压缩机热力学性能，从而提高压缩机的工作效率。

Description

一种新型双螺杆压缩机转子型线
技术领域
本发明涉及一种新型双螺杆压缩机转子型线。
背景技术
螺杆压缩机属于回转式容积设备，能够在比较大的压力与流量范围下，保持高效状态下进行运转，转子型线的好坏是影响压缩机工作性能的主要因素。近年来，国外压缩机的发展很快，其应用领域不断扩大，尤为突出的是以生产压缩机著名的联邦德国GHH公司和螺杆压缩机的产量居于世界首位的日本神户制钢，它们引进SRM螺杆技术设计的转子极大提高了螺杆压缩机的效率，尤其是日本神户制钢新齿形的绝热效率比原来提高了10～20％，可见压缩机转子的设计对压缩机效率提高的作用非常大。因此改进转子设计可为压缩机使用节约能源、提高经济效益提供比较好的途径。
但是传统型线的组成齿曲线一般由点、直线、摆线等组成，存在不便于加工、容易导致齿面磨损快、直线处刀具泄漏较大、影响转子的检测与加工的缺点。而且，传统的型线生成是先创建一个转子型线，再用共轭的数学方法生成另一个转子的型面曲线，该传统的设计不能保证相同尺寸与转速的转子具有较大的流动齿间面积系数和相对较短的接触线。
发明内容
本发明是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种采用矢量法与几何共轭法结合计算得出的新型双螺杆压缩机转子型线，其阳转子和与其相啮合的阴转子的齿形曲线均由圆弧与圆弧包络线连接而成。具有该齿形的压缩机，由于相邻两段组成的齿曲线在连接点处光滑过渡，转子接触线比较短，泄漏三角形比较小，呈流线型，气动阻力小，具有优良的压缩机热力学性能，因此在工作过程中能使阳转子与阴转子实现最佳啮合，从而提高压缩机的工作效率。并可在加工过程中提高精度，延长刀具的寿命。
本发明采取的技术方案是：一种新型双螺杆压缩机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；其特点是，所述的阴转子齿型线和阳转子齿型线均由八段二次曲线首尾光滑连接而成；所述的曲线包括圆弧线和圆弧包络线；其中：
所述的阴转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、圆弧包络线B2C2、圆弧C2D2、圆弧包络线D2E2、圆弧E2F2、圆弧F2G2、圆弧包络线H2A2、圆弧H2I2；
所述的阳转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧B1C1、圆弧包络线C1D1、圆弧D1E1、圆弧包络线E1F1、圆弧F1G1、圆弧包络线H1A1、圆弧包络线H1I1。
上述一种新型双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的组成阴转子各齿的多段曲线中：
圆弧A2B2是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；
圆弧包络线B2C2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子B1C1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧A2B2的终点光滑连接；
圆弧C2D2是由以阴转子节圆内部的点O4为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧B2C2的终点光滑连接；
圆弧包络线D2E2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子D1E1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B2C2的终点相切连接；
圆弧E2F2是由以阴转子节圆内部的点O5为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线D2E2的终点光滑连接；
圆弧F2G2是由以阴转子节圆内部的点O2为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧E2F2的终点光滑连接；
圆弧包络线H2A2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子H1A1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧F2G2的终点光滑连接；
圆弧H2I2是以点O6为圆心、以O2H2为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线H2A2的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A2B2的起点光滑连接。
上述一种新型双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的组成阳转子各齿的多段曲线中：
圆弧A1B1是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；
圆弧B1C1是以阳转子节圆内部的点O7为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧A1B1的终点光滑连接接的；
圆弧包络线C1D1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阳转子C2D2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B1C1终点相切连接；
圆弧D1E1是以在阳转子节圆内部的点O8为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线C1D1的终点光滑连接；
圆弧包络线E1F1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子E2F2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧D1E1的终点光滑连接；
圆弧F1G1是以在阳转子节圆内部的点O9为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧E1F1的终点光滑连接；
圆弧H1A1是以O10为圆心、以O1H1为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧F1G1的终点光滑连接；
圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子H2I2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧H1A1的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A1B1的起点光滑连接。
上述一种新型双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的阴转子和阳转子齿形线由矢量法与几何共轭法结合计算出。
上述一种新型双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称形，而且，所述的阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。
上述一种新型双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的阴转子和阳转子的转子齿数分别为6和4齿。
本发明由于采用矢量法与几何共轭法结合研制出的以上转子的齿形线，因此相比其他型线有如下的优点：
1.本发明的阴转子的齿深半径比较大，使得即使阴转子的齿厚比较薄，齿形面积利用系数仍然较大，可达到54％，非常适合于低压比大流量的压缩机。
2.本发明的阴转子的型线设计成流线型，减小了气流的扰动阻力，减少了损失，降低了噪音，提高了转子的运行效率；
3.各型线齿面间光滑连接，型线上无尖点，便于采用滚削加工和检测，使得加工刀具寿命大大延长；
4.各齿形都采用了圆弧与圆弧包络线平滑连接而成，因此使得接触线相对比较短。而且齿形中传动侧圆弧包络线比较长，使得泄漏三角形比较小，从而使密封性好；
5.完全满足压缩机机组长期、稳定运行要求。
附图说明
图1是本发明阴转子和阳转子在相互啮合时的一种实施例的示意图。
图2是本发明阴转子的齿形线的一种实施例的示意图。
图3是本发明阳转子的齿形线的一种实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明螺杆压缩机转子的齿型线作详细的说明：
请参阅图1～图3，其中图1是本发明阴转子和阳转子在相互啮合时的一种实施例的示意图；图2是本发明阴转子的齿形线的一种实施例的示意图；图3是本发明阳转子的齿形线的一种实施例的示意图。本发明一种新型双螺杆压缩机转子型线中，所述的阴转子和阳转子齿形线由矢量法与几何共轭法结合计算出。本实施例中所述的螺杆压缩机转子为双边不对称齿型的阳转子M和阴转子F，阳转子与阴转子的齿数比例如为4∶6。所述阴转子和阳转子端面的各齿形均由八段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：所述阴转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线；所述阳转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线。本实施例中：
所述的阴转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、圆弧包络线B2C2、圆弧C2D2、圆弧包络线D2E2、圆弧E2F2、圆弧F2G2、圆弧包络线H2A2、圆弧H2I2；
所述的阳转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧B1C1、圆弧包络线C1D1、圆弧D1E1、圆弧包络线E1F1、圆弧F1G1、圆弧包络线H1A1、圆弧包络线H1I1。
图中：O1是阳转子的轴心；
O2分别是：阴转子的轴心、阴转子销齿圆弧F2G2的圆心；
O3分别是：节点、阴转子销齿圆弧A2B2的圆心、阳转子销齿圆弧A1B1的圆心；
O4是阴转子圆弧C2D2的圆心；
O5是阴转子圆弧E2F2的圆心；
O6是阴转子圆弧H2I2的圆心；
O7是阳转子圆弧B1C1的圆心；
O8是阳转子圆弧F1G1的圆心；
O9是阴转子销齿圆弧H2A2的圆心；
O10是阴转子圆弧H2I2的圆心；
R1是阳转子的齿顶圆的半径；
R2是阴转子齿顶圆的半径；
R3是阴转子销齿圆弧A2B2和阳转子销齿圆弧A1B1的半径，等于阳转子全齿高的高度；
R4是阴转子圆弧C2D2的半径；
R5是阴转子圆弧E2F2的半径；
R6是阴转子圆弧H2I2的半径；
R7分别是阴转子圆弧C2D2的半径、阳转子圆弧B1C1的半径；
R8是阳转子圆弧F1G1的半径；
R9是阴转子圆弧H2A2的半径；
R10是阴转子圆弧H2I2的半径；
R11是阴转子圆弧F2G2的半径；
Mj是阳转子节圆；R1j是阳转子节圆半径；
Fj是阴转子节圆；R2j是阴转子节圆半径R2j，R2j＝R2；
A是两转子的中心距，A＝R1j+R2j。
请继续参阅图2，图2是本发明阴转子的齿形线的一种实施例的示意图。本发明一种新型双螺杆压缩机转子型线中，所述的组成阴转子各齿的多段曲线中：
圆弧A2B2是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；所述半径R3等于阳转子全齿高的高度；
圆弧包络线B2C2是由阴转子节圆Fj在沿阳转子节圆Mj上滚动时，相对阳转子B1C1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧A2B2的终点光滑连接；
圆弧C2D2是由以阴转子节圆Fj内部的点O4为圆心、以R4为半径所作的一段圆弧，该半径R4等于n倍阴转子节圆半径R2j（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其中R2j＝R2。该圆弧C2D2起点与圆弧B2C2的终点光滑连接；
圆弧包络线D2E2是由阴转子节圆Fj在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子D1E1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B2C2的终点相切连接；
圆弧E2F2是由以阴转子节圆Fj内部的点O5为圆心、以R5为半径所作的一段圆弧，该半径R5等于n倍阴转子节圆半径R2j（n为大于0、小于等于0.01的正数），其中R2j＝R2。该圆弧E2F2的起点与圆弧包络线D2E2的终点光滑连接；
圆弧F2G2是由以阴转子节圆Fj内部的点O2为圆心、以R2为半径所作的一段圆弧，该半径R2等于n倍阴转子节圆半径R2j的（n为大于0、小于等于0.01的正数）该圆弧F2G2的起点与圆弧E2F2的终点光滑连接；
圆弧包络线H2A2是由阴转子节圆Fj在沿阳转子节圆Mj上滚动时，相对阳转子H1A1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧F2G2的终点光滑连接；
圆弧H2I2是以点O6为圆心、以R6为半径所作的一段圆弧，该半径R6等于O2点至H2点（O2H2）的长度，其起点与圆弧包络线H2A2的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A2B2的起点光滑连接。
请继续参阅图3，图3是本发明阳转子的齿形线的一种实施例的示意图。本发明一种新型双螺杆压缩机转子型线中，所述的组成阳转子各齿的多段曲线中：
圆弧A1B1是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；
圆弧B1C1是以阳转子节圆Mj内部的点O7为圆心、以R7为半径所作的一段圆弧，所述半径R7等于n倍阳转子节圆半径R1j（其中n为大于0、小于等于0.01的正数），该圆弧B1C1的起点与圆弧A1B1的终点光滑连接；
圆弧包络线C1D1是由阳转子节圆Mj在沿阴转子节圆Fj上滚动时，相对阴转子C2D2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B1C1终点相切连接；
圆弧D1E1是以在阳转子节圆Mj内部的点O8为圆心、以R8为半径所作的一段圆弧，所述半径R8等于n倍阳转子节圆半径R1j（n为大于0、小于等于0.01的正数），该圆弧D1E1的起点与圆弧包络线C1D1的终点光滑连接；
圆弧包络线E1F1是由阳转子节圆Mj在沿阴转子节圆Fj上滚动时，相对阴转子E2F2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧D1E1的终点光滑连接；
圆弧F1G1是以在阳转子节圆Mj内部的点O9为圆心、以R9为半径所作的一段圆弧，所述半径R9等于n倍阳转子节圆半径R1j的（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧E1F1的终点光滑连接；
圆弧H1A1是以O10为圆心、以R10为半径所作的一段圆弧，所述半径R10等于O1点至H1点（O1H1）的长度，该圆弧H1A1的起点与圆弧F1G1的终点光滑连接；
圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆Mj在沿阴转子节圆Fj上滚动时，相对阴转子H2I2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧H1A1的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A1B1的起点光滑连接。
这样，螺杆压缩机阴阳转子的端面齿型就完全作出来了。
本发明能使阳转子与阴转子在工作过程中实现最佳啮合，相邻两段组成齿曲线在连接点处光滑过渡，转子接触线比较短，泄漏三角形比较小，成流线型，气动阻力小，具有优良的压缩机热力学性能，从而提高压缩机的工作效率。尤其适用于中低压比、大流量的压缩机。

Claims (6)

1.一种新型双螺杆压缩机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；其特征在于，所述的阴转子齿型线和阳转子齿型线均由八段二次曲线首尾光滑连接而成；所述的曲线包括圆弧线和圆弧包络线；其中：
所述的阴转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、圆弧包络线B2C2、圆弧C2D2、圆弧包络线D2E2、圆弧E2F2、圆弧F2G2、圆弧包络线H2A2、圆弧H2I2；
所述的阳转子各齿的曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧B1C1、圆弧包络线C1D1、圆弧D1E1、圆弧包络线E1F1、圆弧F1G1、圆弧包络线H1A1、圆弧包络线H1I1。
2.根据权利要求1所述的一种新型双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，所述的组成阴转子各齿的多段曲线中：
圆弧A2B2是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；
圆弧包络线B2C2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子B1C1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧A2B2的终点光滑连接；
圆弧C2D2是由以阴转子节圆内部的点O4为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧B2C2的终点光滑连接；
圆弧包络线D2E2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子D1E1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B2C2的终点相切连接；
圆弧E2F2是由以阴转子节圆内部的点O5为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线D2E2的终点光滑连接；
圆弧F2G2是由以阴转子节圆内部的点O2为圆心、以n倍阴转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧E2F2的终点光滑连接；
圆弧包络线H2A2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子H1A1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧F2G2的终点光滑连接；
圆弧H2I2是以点O6为圆心、以O2H2为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线H2A2的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A2B2的起点光滑连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，所述的组成阳转子各齿的多段曲线中：
圆弧A1B1是以节点O3为圆心、以R3为半径的一段销齿圆弧；
圆弧B1C1是以阳转子节圆内部的点O7为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧A1B1的终点光滑连接接的；
圆弧包络线C1D1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子C2D2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧B1C1终点相切连接；
圆弧D1E1是以在阳转子节圆内部的点O8为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧包络线C1D1的终点光滑连接；
圆弧包络线E1F1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子E2F2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧D1E1的终点光滑连接；
圆弧F1G1是以在阳转子节圆内部的点O9为圆心、以n倍阳转子节圆半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧E1F1的终点光滑连接；
圆弧H1A1是以O10为圆心、以O1H1为半径所作的一段圆弧，其起点与圆弧F1G1的终点光滑连接；
圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子H2I2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧H1A1的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧A1B1的起点光滑连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种新型双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，所述的阴转子和阳转子齿形线由矢量法与几何共轭法结合计算出。
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种新型双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称形，而且，所述的阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。
6.根据权利要求5所述的一种新型双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，所述的阴转子和阳转子的转子齿数分别为6和4齿。
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