CN111648956A - 一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子 - Google Patents

一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子 Download PDF

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赵胜
董丽宁
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Abstract

本发明公开了一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，凸螺杆转子(1)为双头螺杆，左截面型线(101)的二分之一由4段曲线组成，依次为：齿根圆弧AB、第一摆线BC、齿顶椭圆弧CD、第二摆线DE；凹螺杆转子(2)为三头螺杆，右截面型线(201)的三分之一由2段曲线和2个点组成，依次为：齿顶圆弧ab、第一点b、椭圆弧包络线bcd、第二点d；凸螺杆转子(1)齿顶处有凹槽，凹螺杆转子(2)的齿根处有凸起；凸螺杆转子(1)齿顶处的凹槽与凹螺杆转子(2)齿根处的凸起正确啮合；两螺杆转子啮合处的设计可有效减少双螺杆泵的内泄漏，提高容积效率，采用此种型线的双螺杆泵可更好地适应高压环境，且该齿型型线组成简单，加工制造方便。

Description

一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子
技术领域
本发明涉及螺杆泵，具体涉及一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子。
背景技术
双螺杆泵是一种容积式液体泵，通过两个相互啮合的螺杆转子在泵体内形成多个封闭腔，在齿轮的带动下，一对螺杆转子在泵腔内做异向双回转运动，密封腔连续不断的从泵的进口移向泵的出口，完成介质的吸入、增压和排出过程，实现液体的输送。双螺杆泵具有无脉动、振动小、可靠性高、稳定性好、自吸能力强的显著特点，目前广泛应用在油田、造船业、石油化学工业、食品工业领域。
双螺杆泵泄漏决定着双螺杆泵的容积效率，内泄漏是泵泄漏的主要原因，双螺杆泵的螺杆转子间及转子与壳体间的间隙泄漏在很大程度上影响着泵的输送性能。对于泄漏间隙的设计，在保证转子运转时不发生干涉的前提下要求尽可能减少齿间泄漏。现有的螺杆转子啮合面都为单点啮合，此种设计的双螺杆泵在运转过程中伴随螺杆转子磨损，容易造成密封性能的降低。现有的双螺杆泵螺杆转子齿顶、齿底为水平结构，螺杆转子啮合时形成的泄漏通道在高压情况下存在明显的内泄漏，降低了泵的容积效率。中国专利(专利号CN201720524780.9)提出了一种全光滑的双螺杆泵转子，该转子采用两段圆弧及其包络线代替常用的点啮合摆线，缓解了尖点处的磨损问题，实现构成曲线之间的光滑连接和完全正确地啮合，密封性能得到提高，但是此种螺杆转子的齿顶、齿顶仍为水平结构，在高压环境下存在明显的内泄漏，且该齿型容积流量较小。
发明内容
本发明为了减小双螺杆泵的内泄漏，提高双螺杆泵容积效率，提出了一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，这种新齿型容积流量大，螺杆端面型线能够实现三点啮合，使得螺杆转子存在多重密封。凸螺杆转子在齿顶处有凹槽，凹螺杆转子在齿根处有凸起，凸螺杆转子齿顶处的凹槽与凹螺杆转子齿根处的凸起能够实现正确的啮合。啮合处的特殊设计使啮合间隙处的泄漏通道更加曲折狭长，可有效减少双螺杆泵的内泄漏，从而提高泵的容积效率。该齿型型线组成简单，便于优化设计，加工制造方便。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，包括：凸螺杆转子和凹螺杆转子。
凸螺杆转子为双头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凸螺杆转子的左截面型线关于其回转中心O1成180°中心对称，即左截面型线绕其回转中心O1逆时针或顺时针旋转180°后，与其自身完全重合；凸螺杆转子的左截面型线的二分之一由4段曲线组成，按顺时针方向依次为：齿根圆弧AB、第一摆线BC、齿顶椭圆弧CD、第二摆线DE。
凹螺杆转子为三头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凹螺杆转子的右截面型线关于其回转中心O2成120°中心对称，即右截面型线绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后，与其自身完全重合；凹螺杆转子的右截面型线的三分之一由2段曲线和2个点组成，按逆时针方向依次为：齿顶圆弧ab、第一点b、椭圆弧包络线bcd、第二点d。
凸螺杆转子和凹螺杆转子在传动比为3:2的异向双回转运动下，左截面型线右截面型线能够实现正确的啮合；各段曲线的啮合情况为：左截面型线上的齿根圆弧AB与右截面型线上的齿顶圆弧ab啮合，左截面型线上的第一摆线BC与右截面型线上的第一点b啮合，左截面型线上的齿顶椭圆弧CD与右截面型线上的椭圆弧包络线bcd啮合，左截面型线上的第二摆线DE与右截面型线上的第二点d啮合；在异向双回转运动过程中，左截面型线右截面型线能够实现三点啮合。
齿顶椭圆弧CD沿左螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凹槽的左齿顶面，且凹槽的深度范围在0.1mm～2mm之间，椭圆弧包络线bcd沿右螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凸起的右齿槽面；且凸起的高度范围在0.1mm～2mm之间；在异向双回转运动过程中，凸螺杆转子左齿顶面处的凹槽与凹螺杆转子右齿槽面处的凸起能够实现正确的啮合。
凸螺杆转子带有凹槽的左齿顶面与泵腔的内壁面形成两点啮合。
所述的左截面型线沿左螺旋线作轴向螺旋展开生成凸螺杆转子；右截面型线沿右螺旋线作轴向螺旋展开生成凹螺杆转子；其中凹螺杆转子的螺距为凸螺杆转子螺距的1.5倍。
所述的一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，以凸螺杆转子的回转中心O1为原点建立直角坐标系，所述的凸螺杆转子的左截面型线的组成曲线的方程为：
齿根圆弧AB的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000021
式中，t为角度参数；R1为齿根圆半径；
第一摆线BC的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000022
式中，R2为齿顶圆半径；L为两螺杆中心距；
齿顶椭圆弧CD的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000031
式中，m为椭圆长半轴长度；n为椭圆短半轴长度；
第二摆线DE的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000032
所述的一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，以凹螺杆转子的回转中心O2为原点建立直角坐标系，所述的凹螺杆转子的右截面型线的组成曲线的方程为：
齿顶圆弧ab的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000033
椭圆弧包络线bcd的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000034
式中，
Figure BDA0002595771500000035
为中间变量。
Figure BDA0002595771500000036
本发明的有益效果是：
①所提出的螺杆转子型线在传动比为3:2的情况下采用椭圆弧及其包络线，螺杆端面型线存在三点啮合，改善了密封性能减小了泄漏，改善了磨损。
②两螺杆转子啮合处的凹槽与凸起结构使泄漏通道曲折狭长，有效减少了双螺杆泵的内泄漏，从而提高双螺杆泵的容积效率。
③且该齿型型线组成简单，便于优化设计，加工制造方便。
附图说明
图1为凸螺杆转子(1)的左截面型线(101)图。
图2为凹螺杆转子(2)的右截面型线(201)图。
图3为左截面型线(101)和右截面型线(201)的啮合图。
图4为左截面型线(101)和右截面型线(201)三点啮合图。
图5为凸螺杆转子(1)的三维图。
图6为凹螺杆转子(2)的三维图。
图7为凸螺杆转子(1)和凹螺杆转子(2)的啮合图。
图8为啮合时凸螺杆转子(1)和凹螺杆转子(2)的剖视图。
图中：1—凸螺杆转子；2—凹螺杆转子；3—泵腔；11—左齿顶面；21—右齿槽面；31—泵腔内壁面；101—左截面型线；201—右截面型线；AB—齿根圆弧；BC—第一摆线；CD—齿顶椭圆弧；DE—第二摆线；ab—齿顶圆弧；bcd—椭圆弧包络线；R1—齿根圆半径；R2—齿顶圆半径；n1，n2，n3—啮合点
具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为凸螺杆转子1的左截面型线101图，凸螺杆转子1为双头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凸螺杆转子1的左截面型线101关于其回转中心O1成180°中心对称，即左截面型线101绕其回转中心O1逆时针或顺时针旋转180°后，与其自身完全重合；凸螺杆转子1的左截面型线101的二分之一由4段曲线组成，按顺时针方向依次为：齿根圆弧AB、第一摆线BC、齿顶椭圆弧CD、第二摆线DE；以回转中心O1为原点建立直角坐标系，凸螺杆转子1的左截面型线101的组成曲线的方程为：
齿根圆弧AB的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000041
式中，t为角度参数；R1为齿根圆半径；
第一摆线BC的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000042
式中，R2为齿顶圆半径；L为两螺杆中心距；
齿顶椭圆弧CD的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000043
式中，m为椭圆长半轴长度；n为椭圆短半轴长度；
第二摆线DE的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000051
如图2所示为凹螺杆转子2的右截面型线201图，凹螺杆转子2为三头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凹螺杆转子2的右截面型线201关于其回转中心O2成120°中心对称，即右截面型线201绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后，与其自身完全重合；凹螺杆转子2的右截面型线201的三分之一由2段曲线和2个点组成，按逆时针方向依次为：齿顶圆弧ab、第一点b、椭圆弧包络线bcd、第二点d；以回转中心O2为原点建立直角坐标系，凹螺杆转子2的右截面型线201的组成曲线的方程为：
齿顶圆弧ab的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000052
椭圆弧包络线bcd的参数方程为：
Figure BDA0002595771500000053
式中，
Figure BDA0002595771500000054
为中间变量。
Figure BDA0002595771500000055
如图3所示，为左截面型线101和右截面型线201的啮合图，左截面型线101和右截面型线201可实现正确的啮合。凸螺杆转子1的左截面型线101和凹螺杆转子2的右截面型线201在传动比为3:2的异向双回转运动下，能够实现正确的啮合；各段曲线的啮合情况为：左截面型线101上的齿根圆弧AB与右截面型线201上的齿顶圆弧ab啮合，左截面型线101上的第一摆线BC与右截面型线201上的第一点b啮合，左截面型线101上的齿顶椭圆弧CD与右截面型线201上的椭圆弧包络线bcd啮合，左截面型线101上的第二摆线DE与右截面型线201上的第二点d啮合。
如图4所示，为左截面型线101和右截面型线201三点啮合图，在异向双回转运动过程中，左截面型线101右截面型线201能够实现三点啮合，改善了螺杆转子密封性能减小了泄漏，改善了磨损。
如图5所示，为凸螺杆转子1三维图，将左截面型线101沿左螺旋线作轴向螺旋展开生成凸螺杆转子1，凸螺杆转子1为双头定螺距螺杆。齿顶椭圆弧CD沿左螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凹槽的左齿顶面11，且凹槽的深度范围在0.1mm～2mm之间。
如图6所示，为凹螺杆转子2三维图，将右截面型线201沿右螺旋线作轴向螺旋展开生成凹螺杆转子2，凹螺杆转子2为三头定螺距螺杆。椭圆弧包络线bcd沿右螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凸起的右齿槽面21；且凸起的高度范围在0.1mm～2mm之间。
如图7所示，为凸螺杆转子1和凹螺杆转子2的啮合图，其中凹螺杆转子2的螺距为凸螺杆转子1螺距的1.5倍。两个螺杆转子在传动比为3:2的异向双回转运动中能够实现正确啮合，凸螺杆转子1齿顶处的凹槽与凹螺杆转子2齿根处的凸起能够实现正确的啮合，不存在干涉或者未参与啮合的部分。
如图8所示，为螺杆转子啮合处剖视图，凸螺杆转子1在齿顶处有凹槽，凹螺杆转子2在齿根处有凸起；在双螺杆运转过程中凸螺杆转子1齿顶处的凹槽与凹螺杆转子2齿根处的凸起正确啮合，使得啮合间隙处泄漏通道曲折狭长，有效减少螺杆泵的内泄漏。凸螺杆转子1带有凹槽的左齿顶面11与泵腔3的内壁面31形成两点啮合，减小了双螺杆泵轴向内泄漏。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，包括：凸螺杆转子(1)和凹螺杆转子(2)，其特征是：
凸螺杆转子(1)为双头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凸螺杆转子(1)的左截面型线(101)关于其回转中心O1成180°中心对称，即左截面型线(101)绕其回转中心O1逆时针或顺时针旋转180°后，与其自身完全重合；凸螺杆转子(1)的左截面型线(101)的二分之一由4段曲线组成，按顺时针方向依次为：齿根圆弧AB、第一摆线BC、齿顶椭圆弧CD、第二摆线DE；
凹螺杆转子(2)为三头螺杆，每头螺杆的齿形相同，沿圆周均匀分布，凹螺杆转子(2)的右截面型线(201)关于其回转中心O2成120°中心对称，即右截面型线(201)绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后，与其自身完全重合；凹螺杆转子(2)的右截面型线(201)的三分之一由2段曲线和2个点组成，按逆时针方向依次为：齿顶圆弧ab、第一点b、椭圆弧包络线bcd、第二点d；
凸螺杆转子(1)和凹螺杆转子(2)在传动比为3:2的异向双回转运动下，左截面型线(101)右截面型线(201)能够实现正确的啮合；各段曲线的啮合情况为：左截面型线(101)上的齿根圆弧AB与右截面型线(201)上的齿顶圆弧ab啮合，左截面型线(101)上的第一摆线BC与右截面型线(201)上的第一点b啮合，左截面型线(101)上的齿顶椭圆弧CD与右截面型线(201)上的椭圆弧包络线bcd啮合，左截面型线(101)上的第二摆线DE与右截面型线(201)上的第二点d啮合；在异向双回转运动过程中，左截面型线(101)右截面型线(201)能够实现三点啮合；
齿顶椭圆弧CD沿左螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凹槽的左齿顶面(11)，且凹槽的深度范围在0.1mm～2mm之间，椭圆弧包络线bcd沿右螺旋线作轴向螺旋展开，形成带有凸起的右齿槽面(21)；且凸起的高度范围在0.1mm～2mm之间；在异向双回转运动过程中，凸螺杆转子(1)左齿顶面(11)处的凹槽与凹螺杆转子(2)右齿槽面(21)处的凸起能够实现正确的啮合；
凸螺杆转子(1)带有凹槽的左齿顶面(11)与泵腔(3)的内壁面(31)形成两点啮合；
所述的左截面型线(101)沿左螺旋线作轴向螺旋展开生成凸螺杆转子(1)；右截面型线(201)沿右螺旋线作轴向螺旋展开生成凹螺杆转子(2)；其中凹螺杆转子(2)的螺距为凸螺杆转子(1)螺距的1.5倍。
2.如权利要求1所述的一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，其特征是：以凸螺杆转子(1)的回转中心O1为原点建立直角坐标系，所述的凸螺杆转子(1)的左截面型线(101)的组成曲线的方程为：
齿根圆弧AB的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000021
式中，t为角度参数；R1为齿根圆半径；
第一摆线BC的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000022
式中，R2为齿顶圆半径；L为两螺杆中心距；
齿顶椭圆弧CD的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000023
式中，m为椭圆长半轴长度；n为椭圆短半轴长度；
第二摆线DE的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000024
3.如权利要求1所述的一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子，其特征是：以凹螺杆转子(2)的回转中心O2为原点建立直角坐标系，所述的凹螺杆转子(2)的右截面型线(201)的组成曲线的方程为：
齿顶圆弧ab的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000025
椭圆弧包络线bcd的参数方程为：
Figure FDA0002595771490000026
式中，
Figure FDA0002595771490000027
Figure FDA0002595771490000028
为中间变量。
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