CN113446218A - 一种大型三段式变螺距螺杆型线结构 - Google Patents

一种大型三段式变螺距螺杆型线结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，包括转轴，所述转轴的表面固定连接有螺旋叶片，所述螺旋叶片包括第一等距段、变距段和第二等距段，所述变距段固定连接于第一等距段的一端表面，所述第二等距段固定连接于变距段的表面，所述螺旋叶片包括单摆线段、齿根圆线段、渐开线段和齿顶圆线段，所述单摆线段、齿根圆线段、渐开线段和齿顶圆线段形成连续闭合弧线结构，在进气段保证以最短的节距获得最大的有效抽速，在压缩段以合理的压缩比保证迅速达到排气压力并释放压缩热，在排气段得以更多的节距增加密封面积、减少泵内返流，得到更高的真空及抽气效率，适合大抽速螺杆真空泵的设计，利于生产加工和使用。

Description

一种大型三段式变螺距螺杆型线结构
技术领域
本发明涉及螺杆型线技术领域，尤其涉及一种大型三段式变螺距螺杆型线结构。
背景技术
在变螺距螺杆真空泵是由一对互相啮合的变螺距转子在由泵体、进气侧中壁、排气侧中壁等组成的泵腔内同步反向高速旋转，从而形成吸气、压缩和排气作用的抽真空设备。
变螺距螺杆真空泵由于设计和加工装备的限制，抽气速率大型化一直很难突破，国内目前变螺距螺杆真空泵的最大抽气速率一般做到1500m3/h以内，这也限制了变螺距螺杆真空泵的推广应用，特别是在基础化工、精细化工、石油石化等行业，工艺装置抽真空均需要满足大的抽气速率，传统采用多台并联的方式导致成本增加、设备数量及故障点增加、占地面积增加等一系列的问题。同时由于设计和加工装备的限制，国内大部分变螺距螺杆型线采用两段式渐变螺距型线结构，即“进气压缩段—排气段”两段式结构，分别对应螺距型线为“变螺距—等螺距”，此种渐变式螺距结构同三段式变螺距结构相比，同体积抽速低，效率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，包括转轴，所述转轴的表面固定连接有螺旋叶片，所述螺旋叶片包括第一等距段、变距段和第二等距段，所述变距段固定连接于第一等距段的一端表面，所述第二等距段固定连接于变距段的表面，所述螺旋叶片包括单摆线段、齿根圆线段、渐开线段和齿顶圆线段，所述单摆线段、齿根圆线段、渐开线段和齿顶圆线段形成连续闭合弧线结构；
所述单摆线段的直角坐标方程为：
Figure BDA0003192490180000021
Figure BDA0003192490180000022
Figure BDA0003192490180000023
所述渐开线段的坐标方程为：
Figure BDA0003192490180000024
Figure BDA0003192490180000025
Figure BDA0003192490180000026
其中，D—齿顶圆直径，d—齿根圆直径，A—渐开线基圆半径，P0—螺距。
优选的，所述第一等距段为进气段，且螺旋导程210，节距数1.5(3π)。
优选的，所述变距段为压缩段，且设计采用变螺距型线，螺旋导程由210变到100，节距数1(2π)，压缩比2.1。
优选的，所述第二等距段为排气段，且采用等螺距型线，螺旋导程100，节距数2.5(5π)。
优选的，所述螺旋叶片和转轴为一体化加工成型。
优选的，所述第一等距段、变距段和第二等距段为连续螺旋结构，且均固定连接于转轴的表面。
本发明提供的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，采用大型三段式变螺距螺杆型线结构设计，即“进气段—压缩段—排气段”，分别对应螺杆型线为“等螺距—变螺距—等螺距”，在进气段保证以最短的节距获得最大的有效抽速，在压缩段以合理的压缩比保证迅速达到排气压力并释放压缩热，在排气段得以更多的节距增加密封面积、减少泵内返流，得到更高的真空及抽气效率，适合大抽速螺杆真空泵的设计，利于生产加工和使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的螺旋叶片端面型线结构图。
图中：1转轴、11螺旋叶片、12第一等距段、13变距段、14第二等距段、15单摆线段、16齿根圆线段、17渐开线段、18齿顶圆线段。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，包括转轴1，转轴1的表面固定连接有螺旋叶片11，螺旋叶片11包括第一等距段12、变距段13和第二等距段14，变距段13固定连接于第一等距段12的一端表面，第二等距段14固定连接于变距段13的表面，螺旋叶片11包括单摆线段15、齿根圆线段16、渐开线段17和齿顶圆线段18，单摆线段15、齿根圆线段16、渐开线段17和齿顶圆线段18形成连续闭合弧线结构；
单摆线段15的直角坐标方程为：
Figure BDA0003192490180000031
Figure BDA0003192490180000032
Figure BDA0003192490180000033
渐开线段的坐标方程为：
Figure BDA0003192490180000041
Figure BDA0003192490180000042
Figure BDA0003192490180000043
其中，D—齿顶圆直径，d—齿根圆直径，A—渐开线基圆半径，P0—螺距。
作为优选的，第一等距段12为进气段，且螺旋导程210，节距数1.5(3π)。
作为优选的，变距段13为压缩段，且设计采用变螺距型线，螺旋导程由210变到100，节距数1(2π)，压缩比2.1。
作为优选的，第二等距段14为排气段，且采用等螺距型线，螺旋导程100，节距数2.5(5π)。
作为优选的，螺旋叶片11和转轴1为一体化加工成型。
作为优选的，第一等距段12、变距段13和第二等距段14为连续螺旋结构，且均固定连接于转轴1的表面。
实施例
大型三段式变螺距螺杆型线结构，按照功能可分为“进气段—压缩段—排气段”，分别对应螺杆型线为“等螺距—变螺距—等螺距”。
进气段需要保证足够的进气面积，以获取最大的抽气速率，设计采用大导程等螺距型线，螺旋导程210，节距数1.5(3π)；压缩段需要对被抽气体快速压缩，瞬间释放压缩热，以便增加泵体冷却面积，置换压缩热量，降低排气温升，压缩段设计采用变螺距型线，螺旋导程由210变到100，节距数1(2π)，压缩比2.1；排气段需要保证泵内密封，防止泵内气体返流导致的抽速衰减、真空度降低，尽量增加与泵体配合的密封面积，同时通过泵体夹套水冷释放压缩热量，排气段设计采用等螺距型线，螺旋导程100，节距数2.5(5π)。
其中，齿顶圆直径D＝324毫米，齿根圆直径d＝96毫米，节圆直径de＝210毫米，并且适配8字形泵腔，且总横截面积为：
Figure BDA0003192490180000051
As＝1453.67cm2。
同时，吸气段导程Lin＝210毫米，旋转圈数1.5，长度315毫米(预留了100毫米的进气口长度)，压缩段初始导程为100毫米，终止导程为210毫米，螺旋圈数为1周，长度155毫米，排气段导程Lout＝100毫米，旋转圈数2.5，长度为250毫米，转子总长度L＝720毫米，总螺旋圈数n＝5；
内部几何压缩比为：
Figure BDA0003192490180000052
Vin-双螺杆转子的齿间有效吸气容积，单位取为m3，可表示为：
Vin＝(As-2Ae)Lin＝(1453.67-2*389.56)*21＝14165.55cm3＝14.17L；
当转子转速n＝2950r/min(频率50Hz)时，泵的几何抽速(或称理论抽速)
Figure BDA0003192490180000053
当转子转速n＝2950r/min(频率60Hz)时，泵的几何抽速(或称理论抽速)为St＝2508*1.2＝3009m3/h。

Claims (6)

1.一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，包括转轴(1)，其特征在于：所述转轴(1)的表面固定连接有螺旋叶片(11)，所述螺旋叶片(11)包括第一等距段(12)、变距段(13)和第二等距段(14)，所述变距段(13)固定连接于第一等距段(12)的一端表面，所述第二等距段(14)固定连接于变距段(13)的表面，所述螺旋叶片(11)包括单摆线段(15)、齿根圆线段(16)、渐开线段(17)和齿顶圆线段(18)，所述单摆线段(15)、齿根圆线段(16)、渐开线段(17)和齿顶圆线段(18)形成连续闭合弧线结构；
所述单摆线段(15)的直角坐标方程为：
Figure FDA0003192490170000011
Figure FDA0003192490170000012
Figure FDA0003192490170000013
所述渐开线段(17)的坐标方程为：
Figure FDA0003192490170000014
Figure FDA0003192490170000015
Figure FDA0003192490170000016
其中，D—齿顶圆直径，d—齿根圆直径，A—渐开线基圆半径，P0—螺距。
2.根据权利要求1所述的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，其特征在于：所述第一等距段(12)为进气段，且螺旋导程210，节距数1.5(3π)。
3.根据权利要求1所述的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，其特征在于：所述变距段(13)为压缩段，且设计采用变螺距型线，螺旋导程由210变到100，节距数1(2π)，压缩比2.1。
4.根据权利要求1所述的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，其特征在于：所述第二等距段(14)为排气段，且采用等螺距型线，螺旋导程100，节距数2.5(5π)。
5.根据权利要求1所述的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，其特征在于：所述螺旋叶片(11)和转轴(1)为一体化加工成型。
6.根据权利要求1所述的一种大型三段式变螺距螺杆型线结构，其特征在于：所述第一等距段(12)、变距段(13)和第二等距段(14)为连续螺旋结构，且均固定连接于转轴(1)的表面。
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