CN111271284A - 一种罗茨真空泵的三叶式转子组件 - Google Patents

一种罗茨真空泵的三叶式转子组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，属于罗茨真空泵技术领域。包括两个端面型线相同的转子，所述转子的端面型线分别包括三个齿形曲线组成，三个所述齿形曲线环向均匀分布，所述齿形曲线分别包括两段对称设置的弧线，所述弧线包括齿顶圆弧AB段、渐开线BC段和齿根圆弧CD段，所述齿顶圆弧AB段与齿根圆弧CD段之间通过渐开线BC段平滑连接。本申请转子端面型线包括三个呈120°均匀分布的齿形曲线，齿形曲线包括两段镜像设置的弧线，弧线包括齿顶圆弧AB段、渐开线BC段和齿根圆弧CD段，两转子在泵腔内运转时始终保持等间隙的啮合。本申请提高了罗茨真空泵容积效率和抽气效率。

Description

一种罗茨真空泵的三叶式转子组件
技术领域
本发明涉及一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，属于罗茨真空泵技术领域。
背景技术
罗茨真空泵是一种回转式流体机械，通过2个能够相互啮合的罗茨转子进行同步异向双回转运动，在吸入端产生真空，形成压力差，从而实现气体的吸入和排出。罗茨转子的组成型线及其共轭啮合特性对转子的面积利用率和罗茨真空泵的密封性能、运行效率影响很大，因此罗茨转子型线的合理设计是至关重要的。
气冷罗茨真空泵是一种在中、高真空领域以及大型真空装置上广泛使用的真空获得设备，传统气冷罗茨真空泵的泵体内部布置了一对平行安装的转子，转子端面型线为如图一所示的8字形，二个转子呈180°对称分布于泵体内部。转子端面型线是由四段不同半径的圆弧构成，采用这种端面型线转子的气冷罗茨真空泵存在容积效率低、抽气效率低等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，提高容积效率和抽气效率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，包括两个端面型线相同的转子，所述转子的端面型线分别包括三个齿形曲线组成，三个所述齿形曲线环向均匀分布，所述齿形曲线分别包括两段对称设置的弧线，所述弧线包括齿顶圆弧AB段、渐开线BC段和齿根圆弧CD段，所述齿顶圆弧AB段与齿根圆弧CD段之间通过渐开线BC段平滑连接。
一所述转子的任一齿顶圆弧AB段与另一转子的任一齿根圆弧C’D’段相互啮合，所述齿顶圆弧AB段的坐标方程式为：
X＝Rn*SINα；
Y＝R+Rn*COSα；
式中：R为分度圆半径，Rn为顶圆半径，Ro为基圆半径，三者之间的相互关系方程式如下：
Ro＝R*COSA；
Rn＝(π/6)*Ro；
式中：A为压力角。
一所述转子的任一渐开线BC段与另一转子的任一渐开线B’C’段相互啮合，所述渐开线BC段的坐标方程式为：
X＝X1+X2＝Ro*COS(30+A+θ)+Ro*(θ+tgβ)*SIN(30+A+θ)；
Y＝Y1+Y2＝Ro*SIN(30+A+θ)-Ro*(θ+tgβ)*COS(30+A+θ)；
式中：tgβ＝tgA－π/6，θ＝0→60。
一所述转子的任一齿根圆弧CD段与另一转子的任一齿顶圆弧A’B’段相互啮合，所述齿根圆弧CD段的坐标方程式为：
X＝R*COSA+Rn*SINφ；
Y＝R*SINA+Rn*COSφ；
式中：φ＝0→60。
所述压力角A为30～36°。
所述齿顶圆弧AB段的圆弧半径与所述齿根圆弧CD段的圆弧半径相等且两者的圆心分布于同一分度圆上。
所述罗茨真空泵的容积利用系数方程式为：
λ0＝π/3*[COSA*(1+π*(COSA)/18)]/[(1+π*(COSA)/6)2]。
所述罗茨真空泵的抽气速率方程式为：
S＝(πd2/12)*L*N*λ0*λh*10-7(L/S)；
式中：λh－吸气系数为0.85；d－转子直径；L－转子长度；N－泵转速。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，转子的端面型线由三个在圆周上呈120°三等分均匀分布的齿形曲线组成，每个齿形曲线包括两段镜像设置的弧线，每段弧线包括齿顶圆弧AB段、渐开线BC段和齿根圆弧CD段，两转子在泵腔内运转时始终保持等间隙的啮合。与传统采用多段圆弧型线转子的气冷罗茨真空泵相比，本申请提高了罗茨真空泵的容积效率和抽气效率。
附图说明
图1为由四段不同半径的圆弧构成原有转子端面型线的示意图；
图2为本发明实施例一种罗茨真空泵的三叶式转子组件的示意图；
图3为本发明实施例中单个转子的示意图；
图4为图3中弧形的结构示意图；
图中 1齿顶圆弧AB段、2渐开线BC段、3齿根圆弧CD段。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，本实施例中的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，包括两个端面型线相同的转子，转子的端面型线分别包括三个相同的齿形曲线组成，三个齿形曲线在圆周上呈120°环向均匀分布，相邻两齿形曲线的首尾平滑连接。如图3所示，每个齿形曲线分别包括两段镜像设置的弧线，弧线包括齿顶圆弧AB段1、渐开线BC段2和齿根圆弧CD段3，齿顶圆弧AB段1与齿根圆弧CD段3之间通过渐开线BC段2平滑连接，两弧线的齿顶圆弧AB段1相连接。
一转子的任一齿顶圆弧AB段1与另一转子的任一齿根圆弧C’D’段相互啮合，齿顶圆弧AB段1的坐标方程式为：
X＝Rn*SINα；
Y＝R+Rn*COSα；
式中：R为分度圆半径，Rn为顶圆半径，Ro为基圆半径，三者之间的相互关系方程式如下：
Ro＝R*COSA；
Rn＝(π/6)*Ro。
一转子的任一渐开线BC段2与另一转子的任一渐开线B’C’段相互啮合，渐开线BC段2的坐标方程式为：
X＝X1+X2＝Ro*COS(30+A+θ)+Ro*(θ+tgβ)*SIN(30+A+θ)；
Y＝Y1+Y2＝Ro*SIN(30+A+θ)-Ro*(θ+tgβ)*COS(30+A+θ)；
式中：tgβ＝tgA－π/6，θ＝0→60。
一转子的任一齿根圆弧CD段3与另一转子的任一齿顶圆弧段A’B’相互啮合，齿根圆弧CD段3的坐标方程式为：
X＝R*COSA+Rn*SINφ；
Y＝R*SINA+Rn*COSφ；
式中：φ＝0→60。
上述A为压力角，一般取30～36°为宜。压力角小，侧泵的容积利用率高，但是转子的强度会下降，因此，只有选择合理的压力角，才能确保泵的抽气性能。
罗茨真空泵的容积利用系数方程式为：
λ0＝π/3*[COSA*(1+π*(COSA)/18)]/[(1+π*(COSA)/6)2]。
当采用不同的压力角A时，可以得到不同的罗茨真空泵容积利用率，如表一所示，罗茨真空泵的容积利用率比传统型线的泵高25％以上。
表一
压力角 容积利用系数
30 0.494186549
31 0.49160739
32 0.488921253
33 0.486125804
34 0.483218605
35 0.480197116
罗茨真空泵的抽气速率方程式为：
S＝(πd2/12)*L*N*λ0*λh*10-7(L/S)；
式中：λh－吸气系数为0.85；d－转子直径(mm)；L－转子长度(mm)；N－泵转速(rpm)。
本申请主要包括齿顶圆弧AB段1、渐开线BC段2和齿根圆弧CD段3，齿顶圆弧AB段1和齿根圆弧CD段3的半径相等且圆心分布在同一分度圆上，齿顶圆弧AB段1和齿根圆弧CD段3之间的中间过渡曲线采用渐开线BC段2过渡，这种端面型线的转子的主要特征为：转子成型后，两转子之间不会产生干涉而且两转子在泵腔内运转时始终保持等间隙的啮合，提高了泵的运行稳定性，泵的抽气速率得到了提高。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，包括两个端面型线相同的转子，其特征在于：所述转子的端面型线分别包括三个齿形曲线组成，三个所述齿形曲线环向均匀分布，所述齿形曲线分别包括两段对称设置的弧线，所述弧线包括齿顶圆弧AB段、渐开线BC段和齿根圆弧CD段，所述齿顶圆弧AB段与齿根圆弧CD段之间通过渐开线BC段平滑连接。
2.根据权利要求1所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：一所述转子的任一齿顶圆弧AB段与另一转子的任一齿根圆弧C’D’段相互啮合，所述齿顶圆弧AB段的坐标方程式为：
X＝Rn*SINα；
Y＝R+Rn*COSα；
式中：R为分度圆半径，Rn为顶圆半径，Ro为基圆半径，三者之间的相互关系方程式如下：
Ro＝R*COSA；
Rn＝(π/6)*Ro；
式中：A为压力角。
3.根据权利要求2所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：一所述转子的任一渐开线BC段与另一转子的任一渐开线B’C’段相互啮合，所述渐开线BC段的坐标方程式为：
X＝X1+X2＝Ro*COS(30+A+θ)+Ro*(θ+tgβ)*SIN(30+A+θ)；
Y＝Y1+Y2＝Ro*SIN(30+A+θ)-Ro*(θ+tgβ)*COS(30+A+θ)；
式中：tgβ＝tgA－π/6，θ＝0→60。
4.根据权利要求3所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：一所述转子的任一齿根圆弧CD段与另一转子的任一齿顶圆弧A’B’段相互啮合，所述齿根圆弧CD段的坐标方程式为：
X＝R*COSA+Rn*SINφ；
Y＝R*SINA+Rn*COSφ；
式中：φ＝0→60。
5.根据权利要求2所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：所述压力角A为30～36°。
6.根据权利要求4所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：所述齿顶圆弧AB段的圆弧半径与所述齿根圆弧CD段的圆弧半径相等且两者的圆心分布于同一分度圆上。
7.根据权利要求1所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：所述罗茨真空泵的容积利用系数方程式为：
λ0＝π/3*[COSA*(1+π*(COSA)/18)]/[(1+π*(COSA)/6)2]。
8.根据权利要求1所述的一种罗茨真空泵的三叶式转子组件，其特征在于：所述罗茨真空泵的抽气速率方程式为：
S＝(πd2/12)*L*N*λ0*λh*10-7(L/S)；
式中：λh－吸气系数为0.85；d－转子直径；L－转子长度；N－泵转速。
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