CN103244428A - 一种高效的双螺杆压缩机转子型线 - Google Patents

一种高效的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
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。[0009] 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、η倍阴转子节圆的半径(η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η倍阴转子节圆的半径(η为大于
O、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,η倍阴转子节圆的半径(η为大于O、小于等于I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。
[0010] 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η倍阳转子节圆的半径(η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η倍阳转子节圆的半径(η为大于
O、小于等于I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。
[0011] 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。
[0012] 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。[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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
[0017] 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。
[0018] 图2是图1中阴转子的齿形线示意图。
[0019] 图3是图1中阳转子的齿形线示意图。
[0020] 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。
[0021] 图5是图4中阴转子的齿形线示意图。
[0022] 图6是图4中阳转子的齿形线示意图。
[0023] 图中=O1是阳转子的轴心,02是阴转子的轴心;Mu是阳转子的外圆,Ru是阳转子的外圆半径^是阴转子的外圆,&是阳转子的外圆半径;A是两转子的中心距,A=RJR2j是阳转子的齿顶圆的半径,R2是阴转子齿顶圆的半径;03是节点;03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;05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
[0024] 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^ 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。
[0025] 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;
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η倍阴转子节圆的半径(η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,以R5为半径形成的一段圆弧,该半径R5为η倍阴转子节圆的半径(η为大于O、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、以&为半径形成的一段圆弧,该半径&是11倍阴转子节圆的半径U为大于O、小于等于I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。
[0026] 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;;
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R7为半径形成的一段圆弧,该半径R7为η倍阳转子节圆的半径(η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、以R8为半径形成的一段圆弧,该半径R8为η倍阳转子节圆的半径(η为大于O、小于等于I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;
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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 所述的阳转子齿曲线G1A1是由在阳转子节圆内部的圆心Oltl、半径为Rltl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。
[0033] 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。
[0034] 这样,螺杆压缩机阴阳转子的端面齿型就完全作出来了。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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Rltl,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。
[0039] 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 (9)

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 ; 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。
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; 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、半径为η倍阴转子节圆的半径(η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η倍阴转子节圆的半径(η为大于O、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,半径为η倍阴转子节圆的半径(η为大于O、小于等于I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;; 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η倍阳转子节圆的半径(η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是以在阳转子节圆内部的O8为圆心、半径为η倍阳转子节圆的半径(η为大于O、小于等于I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。
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。
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