CN114091186A - 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法 - Google Patents

一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114091186A
CN114091186A CN202111201559.7A CN202111201559A CN114091186A CN 114091186 A CN114091186 A CN 114091186A CN 202111201559 A CN202111201559 A CN 202111201559A CN 114091186 A CN114091186 A CN 114091186A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
radius
cam
profile
necessary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111201559.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114091186B (zh
Inventor
李伟
翟欢乐
李硕
季磊磊
徐希魏
齐寒东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202111201559.7A priority Critical patent/CN114091186B/zh
Publication of CN114091186A publication Critical patent/CN114091186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114091186B publication Critical patent/CN114091186B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，转子相邻叶谷半径R1和叶顶半径R2之间的夹角为张角θ0，相邻叶谷半径R1、叶顶半径R2之间通过必要段指数型线平滑连接，由此构成一段必要段轮廓；相邻的必要段指数型线分别关于该必要段指数型线的叶谷半径R1、叶顶半径R2对称，由此构成完整的转子轮廓基础型线；利用绘图软件绘制转子必要段轮廓，并根据必要段轮廓的长度等分成若干段弧线，以每段弧线的两个端点作为单个齿轮廓的起始点，交错绘制相同半径的凸齿和凹槽，完成转子必要段轮廓上的齿形设计，进而获得整个齿式凸轮泵转子轮廓。本方法所设计的转子结构能够以无间隙接触、等线速度模式运转。

Description

一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法
技术领域
本发明涉及流体机械领域，尤其涉及一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法。
背景技术
目前，凸轮泵作为气体循环泵在输送气体时具有较高的真空度及耐磨、耐腐蚀性，还有可靠性高、结构简单、调节范围广的优点，因此广泛应用于航空航天、新能源汽车、船舶等领域。当前应用的凸轮式氢气循环泵，两转子通过一对等速齿轮传动进行角速度运转，转子在啮合的过程中存在相对滑移现象，为了避免转子滑移磨损而造成损坏，延长泵的使用寿命，泵内两转子之间预留一定的间隙。
现有公开的凸轮转子设计中，如一种大功率低脉动凸轮转子泵(CN201810687681.1)和恒定流量的凸轮泵转子型线及其生成方法(CN201310122325.2)等专利中大多是非接触型的转子凸轮泵，两转子间存在着一定间隙，由于泵进出两端存在极大的压差，转子间隙会导致回流现象，对凸轮泵的内部流场产生了影响，降低了泵的容积效率，增加了容积损失。另外还有一种异型端面补偿弹性体凸轮转子泵(CN201811412972.6)和凸轮泵转子(CN02211002.X)等专利提出弹性橡胶包裹的转子结构，这种转子结构可以解决间隙存在的回流问题，但是通过外部齿轮传动进行的等角速度转动会引起转子运动中的滑移现象，高速转动中会产生摩擦发热的情况，长时间运转也会对转子产生磨损，降低泵的使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明设计了一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，能够使两个转子以无间隙接触、等线速度模式运转。
本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，包括如下步骤：
S1、以转子的中心为原点，由转子的中心分别引出叶谷半径R1、叶顶半径R2；相邻叶谷半径R1和叶顶半径R2之间的夹角为张角θ0，相邻叶谷半径R1、叶顶半径R2之间通过必要段指数型线平滑连接，由此构成一段必要段轮廓；相邻的必要段指数型线分别关于该必要段指数型线的叶谷半径R1、叶顶半径R2对称，由此构成完整的转子轮廓基础型线；
S2、利用绘图软件绘制转子必要段轮廓，并将必要段轮廓的长度等分成若干段弧线，以每段弧线的两个端点作为单个齿轮廓的起始点，交错绘制相同半径的凸齿和凹槽，完成转子必要段轮廓上的齿形设计，最后根据对称原理绘制整个齿式凸轮泵转子轮廓。
进一步，获得必要段指数型线的指数曲线函数的方法为：
S1.1、取必要段指数型线上一段弧长增量ΔL，径向增量为ΔR，其关系满足下式：
ΔL＝kΔR
其中，k为常数；
S1.2、所取弧长增量ΔL与弧长增量ΔL所对张角的角度增量Δθ的关系满足下式：
ΔL＝RΔθ
其中，R为径长；
S1.3、基于S1.1和S1.2，求得张角的角度增量Δθ和径长R的表达式：
Δθ＝kΔR/R
S1.4、对求得的张角θ和径长R的表达式进行微积分处理得到指数型线的通式：
θ＝klnR+C
其中，C为常数；
S1.5、当叶谷半径为R1、叶顶半径为R2时，张角θ与径长R的关系满足下式：
Figure BDA0003305130500000021
该式即为必要段指数型线的指数曲线函数。
进一步，所述转子的张角θ0由转子叶数决定，令转子叶数为n，则张角θ0＝π/n。
一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子，该转子的转子轮廓采用上述方法设计。
一种凸轮式氢气循环泵的结构，包括泵体3，在泵体内设置有主传动转子1和从动转子2，主传动转子1和从动转子2结构相同；主传动转子1与外部电机动力连接，由外部电机带动主传动转子1转动；主传动转子1和从动转子2之间通过转子轮廓上的凸齿和凹槽相互啮合，实现主传动转子1和从动转子2之间的啮合传动。在泵体3上设置介质入口3-1和介质出口3-2；介质由介质入口3-1进入泵体3内，介质在主传动转子1和从动转子2作用下获得一定压力并从介质出口3-2排出；所述主传动转子1和从动转子2采用上述一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法所设计。
本发明的有益效果：
本申请所保护的凸轮式氢气循环泵采用的转子结构，能够实现凸轮泵转子无间隙等线速度啮合传动，避免了相同角速度转动中滑动现象引起的转子磨损和发热现象，有效减少间隙回流对内部流场造成的扰动，能够进一步提升容积效率。
另外，凸轮式氢气循环泵转子间可以直接传动，而不需要外部齿轮啮合传动，减小氢气循环泵的体积，节约了制造成本，并提高了整机效率。
附图说明
图1是本发明转子必要段轮廓示意图；
图2是本发明的轮廓基础型线求解示意图；
图3中，a-f是本发明的转子齿轮廓啮合过程示意图；
图4是本发明的转子完整轮廓示意图；
图5是本发明凸轮式氢气循环泵结构示意图；
其中，1、主传动转子，2、从动转子，3、泵体，3-1、介质入口，3-2、介质出口。
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，以下结合附图及实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，包括如下步骤：
S1、如图1以转子的中心为原点，由转子的中心分别引出叶谷半径R1、叶顶半径R2；相邻叶谷半径R1和叶顶半径R2之间的夹角为张角θ0，相邻叶谷半径R1、叶顶半径R2之间通过必要段指数型线平滑连接，由此构成一段必要段轮廓。相邻的必要段指数型线分别关于该必要段指数型线的叶谷半径R1、叶顶半径R2对称，由此构成完整的转子轮廓基础型线如图4。
如图2必要段指数型线的指数曲线函数可以通过微积分求解得出。具体如下：
S1.1、取必要段指数型线上足够小的一段弧长增量ΔL，径向增量为ΔR，其关系满足下式：
ΔL＝kΔR
其中，k为常数。
S1.2、所取弧长增量ΔL与弧长增量ΔL所对张角的角度增量Δθ的关系满足下式：
ΔL＝RΔθ
其中，R为径长。
S1.3、通过上述公式可以求得张角的角度增量Δθ和径长R的表达式：
Δθ＝kΔR/R
S1.4、对求得的张角θ和径长R的表达式进行微积分处理可以得到指数型线的通式：
θ＝klnR+C
其中，C为常数。
S1.5、当叶谷半径为R1、叶顶半径为R2时，张角θ与径长R的关系满足下式：
Figure BDA0003305130500000041
上式即为凸轮式氢气循环泵转子必要段指数型线的生成公式，即获得凸轮式氢气循环泵转子必要段指数型线的指数曲线函数。根据所需转子的大小尺寸可以确定叶谷半径R1和叶顶半径R2的数值；根据所需转子的类型可以确定张角θ0的值，如果为2叶型转子则取θ0＝π/2，如果为3叶型转子则取θ0＝π/3，其余多叶型转子指数型线以此类推。
S2、利用绘图软件，根据所获得的指数曲线函数绘制转子必要段轮廓，并根据必要段轮廓的长度等分成若干段弧线，以每段弧线的两个端点作为单个齿轮廓的起始点，交错绘制相同半径的凸齿和凹槽，完成转子必要段轮廓上的齿形设计，最后根据对称原理绘制整个齿式凸轮泵转子轮廓。
另外本申请还保护一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子，该转子的转子轮廓采用上述方法设计，且该转子的张角θ0由转子叶数决定，例如当转子叶数为2时，张角θ0＝π/2，此时为双叶转子；当转子叶数为3时，张角θ0＝π/3，此时为三叶转子如图5；以此类推，当转子叶数为n时，则张角取值θ0＝π/n，n为整数。
应用上述转子的一种凸轮式氢气循环泵的结构如图5所示，包括泵体3，在泵体内设置有主传动转子1和从动转子2，主传动转子1和从动转子2结构相同；主传动转子1与外部电机动力连接，由外部电机带动主传动转子1转动；主传动转子1和从动转子2之间通过转子轮廓上的凸齿和凹槽相互啮合，实现主传动转子1和从动转子2之间的啮合传动。在泵体3上设置介质入口3-1和介质出口3-2；介质由介质入口3-1进入泵体3内，介质在主传动转子1和从动转子2作用下获得一定压力并从介质出口3-2排出。
本申请所保护的凸轮式氢气循环泵采用的转子结构如图3中a-f所示，能够实现凸轮泵转子无间隙等线速度啮合传动，避免了相同角速度转动中滑动现象引起的转子磨损和发热现象，有效减少间隙回流对内部流场造成的扰动，能够进一步提升容积效率。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、以转子的中心为原点，由转子的中心分别引出叶谷半径R1、叶顶半径R2；相邻叶谷半径R1和叶顶半径R2之间的夹角为张角θ0，相邻叶谷半径R1、叶顶半径R2之间通过必要段指数型线平滑连接，由此构成一段必要段轮廓；相邻的必要段指数型线分别关于该必要段指数型线的叶谷半径R1、叶顶半径R2对称，由此构成完整的转子轮廓基础型线；
S2、利用绘图软件绘制转子必要段轮廓，并将必要段轮廓的长度等分成若干段弧线，以每段弧线的两个端点作为单个齿轮廓的起始点，交错绘制相同半径的凸齿和凹槽，完成转子必要段轮廓上的齿形设计，最后根据对称原理绘制整个齿式凸轮泵转子轮廓。
2.根据权利要求1所述的一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，其特征在于，获得必要段指数型线的指数曲线函数的方法为：
S1.1、取必要段指数型线上一段弧长增量ΔL，径向增量为ΔR，其关系满足下式：
ΔL＝kΔR
其中，k为常数；
S1.2、所取弧长增量ΔL与弧长增量ΔL所对张角的角度增量Δθ的关系满足下式：
ΔL＝RΔθ
其中，R为径长；
S1.3、基于S1.1和S1.2，求得张角的角度增量Δθ和径长R的表达式：
Δθ＝kΔR/R
S1.4、对求得的张角变量θ和径长变量R的表达式进行微积分处理得到指数型线的通式：
θ＝klnR+C
其中，C为常数；
S1.5、当叶谷半径为R1、叶顶半径为R2时，张角θ与径长R的关系满足下式：
Figure FDA0003305130490000011
该式即为必要段指数型线的指数曲线函数。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法，其特征在于，所述转子的张角θ0由转子叶数决定，令转子叶数为n，则张角表示为θ0＝π/n。
4.一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子，其特征在于，该转子的转子轮廓采用如上述权利要求3所述的适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法设计。
5.一种应用如权利要求4所述适用于凸轮式氢气循环泵的转子的凸轮式氢气循环泵的结构，其特征在于，包括泵体，在泵体内设置有主传动转子和从动转子，主传动转子和从动转子结构相同；主传动转子与外部电机动力连接，由外部电机带动主传动转子转动；主传动转子和从动转子之间通过转子轮廓上的凸齿和凹槽相互啮合，实现主传动转子和从动转子之间的啮合传动。在泵体上设置介质入口和介质出口；介质由介质入口进入泵体内，介质在主传动转子和从动转子作用下获得一定压力并从介质出口排出。
CN202111201559.7A 2021-10-15 2021-10-15 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法 Active CN114091186B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111201559.7A CN114091186B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111201559.7A CN114091186B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114091186A true CN114091186A (zh) 2022-02-25
CN114091186B CN114091186B (zh) 2024-12-06

Family

ID=80297042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111201559.7A Active CN114091186B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114091186B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103195704A (zh) * 2013-04-10 2013-07-10 兰州理工大学 恒定流量的凸轮泵转子型线及其生成方法
CN108050059A (zh) * 2018-01-22 2018-05-18 中国石油大学(华东) 一种无困液现象的凸轮泵
CN112746977A (zh) * 2021-01-28 2021-05-04 苏州引燃动力科技有限公司 单面双组叶片式氢气循环泵

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103195704A (zh) * 2013-04-10 2013-07-10 兰州理工大学 恒定流量的凸轮泵转子型线及其生成方法
CN108050059A (zh) * 2018-01-22 2018-05-18 中国石油大学(华东) 一种无困液现象的凸轮泵
CN112746977A (zh) * 2021-01-28 2021-05-04 苏州引燃动力科技有限公司 单面双组叶片式氢气循环泵

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAROSŁAW STRYCZEK等: ""Synthetic Approach to the Design, Manufacturing and Examination of Gerotor and Orbital Hydraulic Machines"", 《ENERGIES》, 16 January 2021 (2021-01-16) *
曹丽华等: ""非线性汽流激振力对超超临界汽轮机转子运动特性的影响"", 《振动与冲击》, vol. 40, no. 17, 15 September 2021 (2021-09-15) *
李伟等: ""基于全因子试验碱液循环泵固液两相流 数值计算与性能预测"", 《排灌机械工程学报》, vol. 39, no. 9, 13 September 2021 (2021-09-13) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114091186B (zh) 2024-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101435425B (zh) 一种双螺杆压缩机的螺杆转子新齿形
CN101705937A (zh) 一种斜齿齿轮泵
EP3120027B1 (en) Gear pump with end plates or bearings having spiral grooves
CN105201827A (zh) 一种双螺杆真空泵转子型线
CN208106751U (zh) 齿轮泵用耦合齿型螺旋齿轮转子
CN102606477B (zh) 螺杆压缩机转子齿形
JPWO2006090652A1 (ja) 歯車ポンプ
CN106949053A (zh) 一种包含椭圆弧的爪式转子
CN110762011B (zh) 一种爪式泵转子及爪式泵
CN102705227A (zh) 多齿差内啮合齿轮泵
CN109630412B (zh) 螺杆转子及压缩机
CN114091186A (zh) 一种适用于凸轮式氢气循环泵的转子结构设计方法
CN212508795U (zh) 一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子
CN105485015A (zh) 干式螺杆真空泵螺杆转子端面型线
CN219388156U (zh) 罗茨式氢气循环泵
CN218934720U (zh) 一种用于罗茨风机的转子型线
CN108071585A (zh) 一种二段式螺杆真空泵转子
CN103603802B (zh) 一种具有偏置齿轮副的外啮合齿轮泵
CN100487245C (zh) 椭圆旋转压缩流体输送机械
CN216157896U (zh) 双螺杆压缩机转子的齿型
CN101566147A (zh) 一种输送油液的容积式五螺杆泵
CN109000141A (zh) 一种能减少磨损的转子式机油泵
CN215170752U (zh) 一种带斜面不对称副转子
CN113217379A (zh) 双螺杆压缩机转子的齿型
CN108050059A (zh) 一种无困液现象的凸轮泵

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant