CN109026163B - 高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，双螺杆膨胀机包括阴转子和阳转子，阴转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，阳转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：阴转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧线；阳转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧包络线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧包络线。采用上述方案后，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，可承受高的压比和温度，接触线较短和泄漏三角形相对较小，型线成流线型，具有好的膨胀机热力学性能，从而提高双螺杆膨胀机的工作效率。

Description

高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型
技术领域
本发明涉及螺杆膨胀机的转子端面齿型。
背景技术
双螺杆膨胀机在能量回收领域具有广阔的应用前景，转子型线是其设计、开发的基础。转子型线首先需满足啮合要求, 其次转子型线形成的接触线需满足连续且长度短的要求，再就是转子型线形成的泄漏三角形面积要尽量小，以减少气体泄漏，此外转子型线还应形成较小的封闭容积。双螺杆膨胀机的转子端面齿型通常由多段曲线连接组成，齿型结构比较复杂。由于双螺杆膨胀机是靠啮合线来达到转子间的密封，因此需要在转子受力变形、受热膨胀及转子型线的啮合特性这些方面进行研究，以此为基础，设计出新型高效的转子型线，从而提高双螺杆膨胀机的工作效率。
发明内容
本发明的目的是：应用齿廓法与几何作图法相结合研制出一种新型双螺杆膨胀机转子的端面齿型，具有这种齿型的双螺杆膨胀机，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，可承受高的压比和温度，接触线较短和泄漏三角形相对较小，型线成流线型，具有好的膨胀机热力学性能，从而提高双螺杆膨胀机的工作效率，并在加工过程中提高精度，延长刀具的寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，双螺杆膨胀机包括阴转子和阳转子，阴转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，阳转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：阴转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧线；阳转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧包络线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧包络线。
本发明的转子型线相比其他型线至少具有以下优点和特点：
1、由于本发明的阴、阳转子采用了比较合适的齿深半径，齿型面积利用系数达到了48%；
2、由于阴、阳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，在高温和受力的情况下，热变形和弯曲变形都较小；
3、本发明通过有理B样条曲线和二次曲线结合，一方面使得组成曲线间光滑连接，另一方面使得接触线短，啮合平稳，密封性好，效率高，型线上无尖点，便于磨削加工和检测，流线性好，噪声低；
4、阴、阳转子采用双边型线，转子直径调整方便，转子间力矩分配合理，振动小；
5、阴、阳转子的直径相差不大, 转子刚度接近，承载能力高，适用于压差和压比较大的工况。
附图说明
图1是本发明的阴转子和阳转子的一种实例在相互啮合时的示意图。
图2是本发明阴转子的一个实例的齿型线示意图。
图3 是本发明阳转子的一个实例的齿型线示意图。
图中：O1是阳转子的轴心，O2是阴转子的轴心；R1是阳转子的齿顶圆的半径，R2是阴转子齿顶圆的半径； Mj是阳转子的节圆，R1j是阳转子的节圆半径；Fj是阴转子的节圆，R2j是阴转子的节圆半径；A是两转子的中心距，A=R1j+R2j；O3是阴转子圆弧A2B2的圆心，R3是阴转子圆弧A2B2的半径；O4是阴转子椭圆弧D2E2的中心，a是椭圆弧D2E2的长半轴，b是椭圆弧D2E2的短半轴；O5是阴转子圆弧E2F2的圆心，R5是阴转子圆弧E2F2的半径； O6是阴转子圆弧G1H1的圆心，R6是阴转子圆弧G2H2的半径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型进行详细说明。
请参阅图1至图3。本发明的双螺杆膨胀机的阴转子F和阳转子M的转子齿型呈双边不对称型，且阴转子F上的齿数多于阳转子M上的齿数。本实施例中，阳转子M与阴转子F的齿数比为7:8。
根据本发明一实施例的高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，所述双螺杆膨胀机包括阴转子F和阳转子M。阴转子F的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，阳转子M的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：阴转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧线；阳转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧包络线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧包络线。本实施例中：阴转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、有理B样条曲线B2C2、有理B样条包络线C2D2、椭圆弧D2E2、圆弧E2F2、有理B样条曲线F2G2以及圆弧G2H2；阳转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧包络线A1B1、有理B样条包络线B1C1、有理B样条曲线C1D1、椭圆弧包络线D1E1、圆弧包络线E1F1、有理B样条包络线F1G1以及圆弧包络线G1H1。
阴转子的圆弧A2B2是以阴转子节圆内部的O3为圆心、半径为n1倍阴转子节圆半径的一段圆弧线；n1为大于0.05、小于等于0.1的正数；圆弧A2B2在起点A2处与该阴转子相邻另一齿的终点光滑连接，在终点B2处与有理B样条曲线B2C2光滑连接；阳转子的圆弧包络线A1B1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧A2B2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
阴转子的有理B样条曲线B2C2在起点B2处与圆弧A2B2光滑连接，在终点C2处与有理B样条包络线C2D2光滑连接；阳转子的有理B样条包络线B1C1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子有理B样条曲线B2C2运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线。
阴转子的有理B样条包络线C2D2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子有理B样条曲线C1D1运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线；阳转子的有理B样条曲线C1D1在起点C1处与有理B样条包络线B1C1光滑连接，在终点D1处与椭圆弧包络线D1E1光滑连接。
阴转子的椭圆弧D2E2是以阴转子节圆内部的O4为中心、长轴为n2倍阴转子节圆半径、短轴为n3倍阴转子节圆半径的一段椭圆弧；n2为大于0.3、小于等于0.5的正数，n3为大于0.2、小于等于0.3的正数；椭圆弧D2E2在起点D2处与有理B样条包络线C2D2光滑连接，在终点E2处与圆弧E2F2光滑连接；阳转子的椭圆弧包络线D1E1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子椭圆弧D2E2运动所形成的轨迹的一段椭圆弧包络线。
阴转子的圆弧E2F2是以阴转子节圆内部的O5为圆心、半径为n4倍阴转子节圆半径的一段圆弧线，n4为大于0.3、小于等于0.5的正数；圆弧E2F2在起点E2处与椭圆弧D2E2光滑连接，在终点F2处与有理B样条曲线F2G2光滑连接；阳转子的圆弧包络线E1F1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧E2F2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
阴转子的有理B样条曲线F2G2在起点F2处与圆弧E2F2光滑连接，在终点G2处与圆弧G2H2光滑连接；阳转子的有理B样条包络线F1G1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子有理B样条曲线F2G2运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线。
阴转子的圆弧G2H2是以阴转子节圆内部的O6为圆心、半径为n5倍阴转子节圆半径的一段圆弧线，n5为大于0.1、小于等于0.2的正数；圆弧G2H2在起点G2处与有理B样条曲线F2G2光滑连接，在终点H2处与该阴转子相邻另一齿的起点光滑连接。阳转子的圆弧包络线G1H1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧G2H2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
采用根据本发明实施例的双螺杆膨胀机转子的齿型，能够提高双螺杆膨胀机的转子所承受的压力差，减少转子的封闭容积和齿间泄漏，增加齿型的面积利用系数，提高双螺杆膨胀机的工作效率。

Claims (3)

1.高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，所述双螺杆膨胀机包括阴转子和阳转子，其特征在于，所述阳转子与所述阴转子的齿数比为7:8；所述阴转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，所述阳转子的端面的各齿型由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：所述阴转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧线；所述阳转子端面的各齿型的齿曲线包括圆弧包络线、有理B样条曲线、有理B样条包络线和椭圆弧包络线；
阴转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A2B2、有理B样条曲线B2C2、有理B样条包络线C2D2、椭圆弧D2E2、圆弧E2F2、有理B样条曲线F2G2以及圆弧G2H2；阳转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧包络线A1B1、有理B样条包络线B1C1、有理B样条曲线C1D1、椭圆弧包络线D1E1、圆弧包络线E1F1、有理B样条包络线F1G1以及圆弧包络线G1H1；
所述阴转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧A2B2是以阴转子节圆内部的O3为圆心、半径为n1倍阴转子节圆半径的一段圆弧线；n1为大于0.05、小于等于0.1的正数；圆弧A2B2在起点A2处与该阴转子相邻另一齿的终点光滑连接，在终点B2处与有理B样条曲线B2C2光滑连接；
有理B样条曲线B2C2在起点B2处与圆弧A2B2光滑连接，在终点C2处与有理B样条包络线C2D2光滑连接；
有理B样条包络线C2D2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子有理B样条曲线C1D1运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线；
椭圆弧D2E2是以阴转子节圆内部的O4为中心、长轴为n2倍阴转子节圆半径、短轴为n3倍阴转子节圆半径的一段椭圆弧；n2为大于0.3、小于等于0.5的正数，n3为大于0.2、小于等于0.3的正数；椭圆弧D2E2在起点D2处与有理B样条包络线C2D2光滑连接，在终点E2处与圆弧E2F2光滑连接；
圆弧E2F2是以阴转子节圆内部的O5为圆心、半径为n4倍阴转子节圆半径的一段圆弧线，n4为大于0.3、小于等于0.5的正数；圆弧E2F2在起点E2处与椭圆弧D2E2光滑连接，在终点F2处与有理B样条曲线F2G2光滑连接；
有理B样条曲线F2G2在起点F2处与圆弧E2F2光滑连接，在终点G2处与圆弧G2H2光滑连接；
圆弧G2H2是以阴转子节圆内部的O6为圆心、半径为n5倍阴转子节圆半径的一段圆弧线，n5为大于0.1、小于等于0.2的正数；圆弧G2H2在起点G2处与有理B样条曲线F2G2光滑连接，在终点H2处与该阴转子相邻另一齿的起点光滑连接。
2.根据权利要求1所述的高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，其特征在于，所述阳转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧包络线A1B1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧A2B2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
有理B样条包络线B1C1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子有理B样条曲线B2C2运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线；
有理B样条曲线C1D1在起点C1处与有理B样条包络线B1C1光滑连接，在终点D1处与椭圆弧包络线D1E1光滑连接；
椭圆弧包络线D1E1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子椭圆弧D2E2运动所形成的轨迹的一段椭圆弧包络线；
圆弧包络线E1F1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧E2F2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
有理B样条包络线F1G1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子有理B样条曲线F2G2运动所形成的轨迹的一段有理B样条包络线；
圆弧包络线G1H1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧G2H2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
3.根据权利要求1所述的高压比高压差双螺杆膨胀机转子的齿型，其特征在于，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称型，且阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。
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