CN103244428A

CN103244428A - 一种高效的双螺杆压缩机转子型线

Info

Publication number: CN103244428A
Application number: CN2013102122687A
Authority: CN
Inventors: 杨剑; 吴宇庆; 李敏; 党修成; 顾小欢
Original assignee: SHANGHAI QIYAO SCREW MACHINERY CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI QIYAO SCREW MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN103244428B

Abstract

本发明公开了一种高效的双螺杆压缩机转子型线，其特点是，阴转子和阳转子端面的各齿形均由至少七段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：阴转子端面的齿曲线包括圆弧线，圆弧包络线和摆线构成；阳转子端面的齿曲线包括点、圆弧线和圆弧包络线。阴转子各齿的齿曲线包括依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₂B₂、摆线B₂C₂、圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧包络线G₂A₂、圆弧H₂G₂；阳转子各齿的七段齿曲线依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₁B₁、点B₁、圆弧包络线B₁C₁、圆弧C₁D₁、圆弧包络线D₁E₁、圆弧G₁A₁、圆弧包络线H₁G₁。具有型线上无尖点、齿形面积利用系数大，密封性好的优点,能完全满足压缩机机组长期、稳定运行要求。

Description

一种高效的双螺杆压缩机转子型线

技术领域

本发明涉及在螺杆压缩机腔体内共轭运转的转子端面齿型，尤其涉及一种高效的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，由于其结构简单，易损件少，能在大的压力差或压力比的工况下，排气温度低，对制冷剂中含有大量的润滑油不敏感，有良好的输气量调节性，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，因此应用范围越来越广泛。

螺杆压缩机由一对平行、互相啮合的阴、阳螺杆构成，是回转压缩机中应用最广泛的一种。

在螺杆压缩机中，最关键的是一对相互啮合的转子，转子的齿面与转子轴线垂直面得截交线称为转子型线。

转子型线对压缩机的性能有重大影响，如第四代型线比第三代型线效率提高近5%，对转子型线的衡量指标主要是接触线、泄露三角形、封闭容积、齿间面积。转子型线的好坏是影响压缩机工作性能的主要因素。该技术为当今企业节约能源，提高经济效益提供了比较好的途径。

发明内容

本发明的目的是：在吸取国内外现有螺杆压缩机齿型优点的基础上，用矢量法与几何共轭法结合研制出一种新型螺杆压缩机转子齿型，并且绘制出刀具，其中齿形包括阳转子和与其相啮合的阴转子，它们的齿形曲线由圆弧、摆线及圆弧包络线连接而成，具有这种齿形的压缩机，由于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，并在加工过程中提高精度，延长刀具的寿命。并且，在转子间完全实现了曲面对曲面的密封，有助于形成流体动力润滑油膜，降低通过接触线的横向泄露。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高效的双螺杆压缩机转子型线，所述的双螺杆压缩机包括阳转子和阴转子；其特点是，所述阴转子和阳转子端面的各齿形均由至少七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，圆弧包络线和摆线构成；所述阳转子端面的齿曲线包括点、圆弧线和圆弧包络线。

上述一种高效的双螺杆压缩机转子型线，其中，所述的阴转子各齿的齿曲线包括依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₂B₂、摆线B₂C₂、圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧包络线G₂A₂、圆弧H₂G₂；

所述的阳转子各齿的七段齿曲线依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₁B₁、点B₁、圆弧包络线B₁C₁、圆弧C₁D₁、圆弧包络线D₁E₁、圆弧G₁A₁、圆弧包络线H₁G₁。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中：所述的阴转子各齿的齿曲线中：

销齿圆弧A₂B₂是阴转子节圆上的一段销齿圆弧；

摆线B₂C₂是由阳转子的B₁在沿阴转子节圆上滚动时，相对阳转子B₁点运动所形成的轨迹的一段摆线；

圆弧C₂D₂是以阴转子节圆内部的O₄为圆心、n倍阴转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）为半径形成的一段圆弧，其起点与摆线B₂C₂的终点光滑连接、终点与阴转子圆弧包络线D₂E₂相切连接；

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C₁D₁圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；

圆弧E₂F₂是以阴转子节圆内部的O₅为圆心，半径为n倍阴转子节圆的半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线D₂E₂的终点光滑连接、终点与该阴转子相邻另一齿的起点连接；

圆弧包络线G₂A₂是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子G₁A₁圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与销齿圆弧A₂B₂的起点光滑连接；

圆弧H₂G₂是以阴转子节圆内部的O₆为圆心，n倍阴转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）为半径形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线G₂A₂光滑连接，终点与该阴转子相邻另一齿的终点连接。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中：所述的阳转子各齿的各齿曲线中：

销齿圆弧A₁B₁是阳转子节圆上的一段销齿圆弧；；

阳转子齿曲线B₁为一点，阴转子的一段摆线B₂C₂由该阳转子的点B₁在沿阴转子节圆上滚动时所形成的轨迹生成；

圆弧包络线B₁C₁是由阳转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阴转子C₂D₂圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；

圆弧C₁D₁是以阳转子节圆内部的O₇为圆心，以n倍阳转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）为半径形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线B₁C₁光滑连接、终点与阳转子圆弧包络线D₁E₁相切；

圆弧包络线D₁E₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子D₂E₂圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；

圆弧G₁A₁是以阳转子节圆内部的O₈为圆心、半径为n倍阳转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）形成的一段圆弧，其起点与圆弧A₁B₁光滑连接，终点与圆弧G₁H₁光滑连接；

圆弧包络线H₁G₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子H₂G₂圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其终点与相邻另一齿的终点光滑连接。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中，所述的阴转子还包括一段二次曲线F₂I₂，由一段齿顶圆弧构成，该圆弧F₂I₂的起点与圆弧E₂F₂的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中，所述的阳转子还包括一段二次曲线E₁F₁，由一段齿根圆弧构成，该圆弧E₁F₁的起点与圆弧包络线D₁E₁的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中，所述阴转子的节圆大于阳转子的节圆。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，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。

上述一种双螺杆压缩机转子的齿型，其中，所述阴转子的齿数为4个，所述阳转子的齿数为3个。

本发明由于采用矢量法与几何共轭法结合研制出一种新型螺杆压缩机转子齿型，相比其他转子的型线具有以下更加突出的优点：

1.由于本发明的阴转子的采用了比较大的齿深半径使得这样即使面积利用系数比较大但保证了足够的刚性，使得齿形面积利用系数达到了67.6%，非常适合于低压比大流量的压缩机；

2.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，使得刀具寿命大大增加；

3.本齿形前齿面采用了圆弧与摆线，后齿面采用了圆弧与圆弧包络线，使得接触线比较短，并且齿形中传动侧圆弧包络线比较长，这样泄漏三角形相对比较小，从而使密封性比较好；

4.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的一种实例在相互啮合时的示意图。

图2是图1中阴转子的齿形线示意图。

图3 是图1中阳转子的齿形线示意图。

图4是本发明阴转子和阳转子的另一种实例在相互啮合时的示意图。

图5是图4中阴转子的齿形线示意图。

图6是图4中阳转子的齿形线示意图。

图中：O₁是阳转子的轴心，O₂是阴转子的轴心；M_1j是阳转子的外圆，R_1j是阳转子的外圆半径；M_2j是阴转子的外圆，R_2j是阳转子的外圆半径；A是两转子的中心距，A=R_1j+R_2j；R₁是阳转子的齿顶圆的半径，R₂是阴转子齿顶圆的半径；O₃是节点；O₃是阴转子销齿圆弧A₂B₂的圆心，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； O₄是阴转子圆弧C₂D₂的圆心，R₄是阴转子圆弧C₂D₂的半径；O₅是阴转子圆弧E₂F₂的圆心，R₅是阴转子圆弧E₂F₂的半径； O₆是阴转子销齿圆弧H₂G₂的圆心，R₆是阴转子圆弧H₂G₂的半径； O₇是阳转子圆弧C₁D₁的圆心，R₇是阴转子圆弧C₁D₁的半径。O₈是阳转子圆弧G₁A₁的圆心，R₈是阴转子圆弧H₁G₁的半径。

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，这是本发明螺杆压缩机转子的齿型线的一种实施例的结构示意图，其中：图1是本发明阴转子和阳转子的一种实例在相互啮合时的示意图；图2是图1中阴转子的齿形线示意图；图3 是图1中阳转子的齿形线示意图。本发明螺杆压缩机转子为双边不对称齿型的阳转子和阴转子, 本实施例中所述的阳转子与阴转子的齿数比例如为3:4。本发明一种高效的双螺杆压缩机转子型线，所述的双螺杆压缩机包括阳转子M和阴转子F。所述阴转子和阳转子端面的各齿形均由至少七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，圆弧包络线和摆线构成；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七段齿曲线依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₂B₂、摆线B₂C₂、圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧包络线G₂A₂、圆弧H₂G₂；阳转子各齿的七段齿曲线依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₁B₁、点B₁、圆弧包络线B₁C₁、圆弧C₁D₁、圆弧包络线D₁E₁、圆弧G₁A₁、圆弧包络线H₁G₁。

请配合参阅图2。本发明一种双螺杆压缩机转子的齿型中：所述的阴转子各齿的齿曲线中：

销齿圆弧A₂B₂是阴转子节圆上的一段销齿圆弧；

圆弧C₂D₂是以在阴转子节圆内部的O₄为圆心、以为R₄半径形成的一段圆弧，该半径R₄是n倍阴转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）。该圆弧C₂D₂的起点与摆线B₂C₂的终点光滑连接、终点与阴转子圆弧包络线D₂E₂相切连接；

圆弧E₂F₂是以阴转子节圆内部的O₅为圆心，以R₅为半径形成的一段圆弧，该半径R₅为n倍阴转子节圆的半径（n为大于0、小于等于0.01的正数）。圆弧E₂F₂起点与圆弧包络线D₂E₂的终点光滑连接、终点与该阴转子相邻另一齿的起点连接；

圆弧H₂G₂是以阴转子节圆内部的O₆为圆心、以R₆为半径形成的一段圆弧，该半径R₆是n倍阴转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）。圆弧H₂G₂的起点与圆弧包络线G₂A₂光滑连接，终点与该阴转子相邻另一齿的终点连接。

请配合参阅图3。本发明一种双螺杆压缩机转子的齿型中：所述的阳转子各齿的各齿曲线中：

销齿圆弧A₁B₁是阳转子节圆上的一段销齿圆弧；；

圆弧C₁D₁是以阳转子节圆内部的O₇为圆心、以R₇为半径形成的一段圆弧，该半径R₇为n倍阳转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）。该圆弧C₁D₁的起点与圆弧包络线B₁C₁光滑连接、终点与阳转子圆弧包络线D₁E₁相切；

圆弧G₁A₁是以阳转子节圆内部的O₈为圆心、以R₈为半径形成的一段圆弧，该半径R₈为n倍阳转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）。该圆弧G₁A₁的起点与圆弧A₁B₁光滑连接，终点与圆弧G₁H₁光滑连接；

在具体实施时：

所述的阴转子齿曲线A₂B₂圆弧是阴转子节圆半径与销齿圆的半径共同决定的一段圆弧；阳转子齿曲线A₁B₁圆弧就是与阴转子齿曲线A₂B₂圆弧共轭的、在阳转子上的一段圆弧。

所述的阳转子齿曲线B₁为一点，阴转子齿曲线B₂C₂摆线是当B₁点沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阳转子B₁点运动所形成摆线，与C₂D₂圆弧相连。

所述的阴转子齿曲线C₂D₂是由在阴转子节圆内部的圆心O₄、半径为R₄形成的一段圆弧，阳转子齿曲线B₁C₁圆弧包络线是当阳转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阴转子C₂D₂运动所形成轨迹的包络线，与D₂E₂圆弧相连。

所述的阳转子齿曲线C₁D₁是由在阳转子节圆内部的圆心O₈、半径为R₈形成的一段圆弧，阴转子齿曲线D₂E₂圆弧包络线是当阴转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阳转子C₁D₁运动所形成轨迹的包络线，与E₂F₂圆弧相连。

所述的阳转子齿曲线D₁E₁是当阳转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阴转子E₂F₂运动所形成轨迹的包络线。

所述的阳转子齿曲线G₁A₁是由在阳转子节圆内部的圆心O₁₀、半径为R₁₀形成的一段圆弧，阴转子齿曲线G₂A₂圆弧包络线是当阴转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阴转子H₁A₁运动所形成轨迹的包络线，与H₂G₂圆弧相连。

所述的阴转子齿曲线H₂G₂是由在阴转子节圆内部的圆心O₆、半径为R₆形成的一段圆弧，阳转子齿曲线H₁G₁圆弧包络线是当阳转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阴转子H₂G₂运动所形成轨迹的包络线，与H₁A₁圆弧相连。

这样，螺杆压缩机阴阳转子的端面齿型就完全作出来了。

请参阅图4～图6，这是本发明螺杆压缩机转子的齿型线的另一种实施例的结构示意图，其中：图4是本发明阴转子和阳转子的另一种实例在相互啮合时的示意图；图5是图4中阴转子的齿形线示意图；图6 是图4中阳转子的齿形线示意图。本实施例与上述实施例不同之处是：除了由六段圆弧性质、一段摆线性质的齿曲线组成外，还可在阴阳转子各加一齿顶圆弧和一齿根圆弧。以中心距的不同尺寸构成螺杆压缩机的阳转子和阴转子的齿型系列，相邻的两段组成齿曲线在连接点处具有公切线。

本实施例中，所述的阴转子还包括一段二次曲线F₂I₂，由齿顶圆弧构成，该圆弧F₂I₂的起点与圆弧E₂F₂的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

相应的，所述的阳转子还包括一段二次曲线E₁F₁，由齿根圆弧构成，该圆弧E₁F₁的起点与圆弧包络线D₁E₁的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

具体实施时，可以在阳转子齿根处加上半径为R₉，圆心为O₁的齿根圆弧，可以在阳转子齿顶处加上半径为R₁₀，圆心为O₂的齿顶圆弧此时螺杆端面齿型由八段齿曲线组成。

本发明具有型线上无尖点、齿形面积利用系数大（达到67.6%），密封性好的优点, 由于本发明转子具有较大的齿间面积系数和相对较小的泄漏三角形，具有优良的热力学性能，因此能完全满足压缩机机组长期、稳定运行要求。非常适合于中低压比、大流量的压缩机。

Claims

1.一种高效的双螺杆压缩机转子型线，所述的双螺杆压缩机包括阳转子和阴转子；其特征在于，所述阴转子和阳转子端面的各齿形均由至少七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，圆弧包络线和摆线构成；所述阳转子端面的齿曲线包括点、圆弧线和圆弧包络线。

2.根据权利要求1所述的一种高效的双螺杆压缩机转子型线，其特征在于，

所述的阴转子各齿的齿曲线包括依次顺序光滑连接的：销齿圆弧A₂B₂、摆线B₂C₂、圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧包络线G₂A₂、圆弧H₂G₂；

3.根据权利要求1所述的一种高效的双螺杆压缩机转子型线，其特征在于：所述的阴转子各齿的齿曲线中：

销齿圆弧A₂B₂是阴转子节圆上的一段销齿圆弧；

圆弧C₂D₂是以阴转子节圆内部的O₄为圆心、半径为n倍阴转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）形成的一段圆弧，其起点与摆线B₂C₂的终点光滑连接、终点与阴转子圆弧包络线D₂E₂相切连接；

圆弧H₂G₂是以阴转子节圆内部的O₆为圆心，半径为n倍阴转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线G₂A₂光滑连接，终点与该阴转子相邻另一齿的终点连接。

4.根据权利要求1所述的一种高效的双螺杆压缩机转子型线，其特征在于：所述的阳转子各齿的各齿曲线中：

销齿圆弧A₁B₁是阳转子节圆上的一段销齿圆弧；；

圆弧C₁D₁是以阳转子节圆内部的O₇为圆心，以n倍阳转子节圆的半径（n为大于0.1、小于等于0.5的正数）大小为半径形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线B₁C₁光滑连接、终点与阳转子圆弧包络线D₁E₁相切；

圆弧G₁A₁是以在阳转子节圆内部的O₈为圆心、半径为n倍阳转子节圆的半径（n为大于0、小于等于1的正数）形成的一段圆弧，其起点与圆弧A₁B₁光滑连接，终点与圆弧G₁H₁光滑连接；

5.根据权利要求1所述的一种双螺杆压缩机转子的齿型，其特征在于，所述的阴转子还包括一段二次曲线F₂I₂，由一段齿顶圆弧构成，该圆弧F₂I₂的起点与圆弧E₂F₂的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

6.根据权利要求4所述的一种双螺杆压缩机转子的齿型，其特征在于，所述的阳转子还包括一段二次曲线E₁F₁，由一段齿根圆弧构成，该圆弧E₁F₁的起点与圆弧包络线D₁E₁的终点光滑连接，其终点与相邻另一齿的起点光滑连接。

7.根据权利要求1所述的一种双螺杆压缩机转子的齿型，其特征在于，所述阴转子的节圆大于阳转子的节圆。

8.根据权利要求1所述的一种双螺杆压缩机转子的齿型，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。

9.根据权利要求8所述的一种双螺杆压缩机转子的齿型，其特征在于，所述阴转子的齿数为4个，所述阳转子的齿数为3个。