CN115929629B - 一种多维共轭曲面涡齿组、压缩机和膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多维共轭曲面涡齿组，涉及涡齿组件设计技术领域，包括两个涡齿，两个涡齿在发生相对运动时能够彼此配合并产生一系列压缩腔，两个涡齿均沿着齿高的方向往复曲折，两个涡齿相对的侧壁为共轭曲面。本发明提供的多维共轭曲面涡齿组应用于压缩机和膨胀机时能够提高压缩机和膨胀机的工作效率。

Description

一种多维共轭曲面涡齿组、压缩机和膨胀机

技术领域

本发明涉及涡齿组件设计技术领域，特别是涉及一种多维共轭曲面涡齿组、压缩机和膨胀机。

背景技术

涡旋压缩机具有结构简单、运转平稳、噪声低、机械效率高以及容积效率高等优点，被广泛应用于工业、生活等各领域。涡旋压缩机的动、静涡盘按相差180度对置并偏置确定的公转半径进行装配，动涡盘由偏心半径为其公转半径的曲轴驱动实现其公转平动，动涡盘运动过程中与静涡盘啮合形成若干对容积连续变化的月牙形封闭工作腔，由内向外分别为第一(中心腔)、第二、第三压缩腔(吸气腔)；压缩机工作时，压缩腔容积随主轴转角发生变化，当压缩终了时，第二压缩腔与中心腔相通，通过排气孔排出气体。工质在月牙工作腔中经历吸气、压缩、排气三个过程。

目前采用普通涡旋齿的压缩机动、静涡齿之间存在啮合间隙导致密封腔内的工质泄露，并且在涡旋压缩机高转速工作时间隙泄漏射流导致工作腔体内形成较强的流动旋涡，导致压缩过程较大的流动损失，使得涡旋压缩机的工作效率降低，基于此，亟需一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多维共轭曲面涡齿组、压缩机和膨胀机，以解决上述现有技术存在的问题，提高压缩机、膨胀机的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种多维共轭曲面涡齿组，包括两个涡齿，两个所述涡齿在发生相对运动时能够彼此配合并产生一系列压缩腔，两个所述涡齿均沿着齿高的方向往复曲折，两个所述涡齿相对的侧壁为共轭曲面。

优选的，两个所述涡齿分别为静涡齿和动涡齿，所述静涡齿的静涡旋型线的渐开线展角与所述动涡齿的动涡旋型线的渐开线展角相同，或所述静涡旋型线的渐开线展角大于所述动涡旋型线的渐开线展角。

优选的，所述动涡齿的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同，所述静涡齿的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同。

优选的，所述静涡齿和所述动涡齿在同齿高上曲率相同。

优选的，所述静涡齿和所述动涡齿的齿顶均设置有沿各自型线延伸的密封槽，所述密封槽内容纳有密封条。

本发明还提供了一种涡旋压缩机，包括如上所述的多维共轭曲面涡齿组。

本发明还提供了一种涡旋膨胀机，包括如上所述的多维共轭曲面涡齿组。

本发明还提供了一种自转型涡旋压缩机，包括如上所述的多维共轭曲面涡齿组，两个所述涡齿均设置于为自转式涡盘上。

本发明还提供了一种自转型涡旋膨胀机，包括如上所述的多维共轭曲面涡齿组，两个所述涡齿均设置于为自转式涡盘上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的多维共轭曲面涡齿组中的两个涡齿相对的侧壁为共轭曲面，实现啮合间隙不发生突变，同时啮合间隙由涡齿侧壁共轭曲面构成，增加涡齿啮合间隙泄漏线复杂程度，从而减小压缩机和膨胀机中涡齿啮合间隙泄漏量。工作腔的侧壁为往复曲折的曲面，可以实现保证涡齿较小啮合间隙的同时增加工作腔体中工质与涡齿壁面的接触面积，同时曲面造型侧壁面涡齿结构能够有效减小工作腔内工质流动力沿齿高方向的流动损失，提高压缩机和膨胀机工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的多维共轭曲面涡齿组中动涡盘和静涡盘的剖视示意图；

图2为本发明实施例所述的多维共轭曲面涡齿组中的动涡盘的剖视示意图；

图3为本发明实施例所述的多维共轭曲面涡齿组中的动涡盘和静涡盘的齿形线示意图；

图4为图3中A-A向剖视示意图。

其中，1、动涡盘；101、动涡齿；1011、动涡齿外壁定径基圆渐开线；1012、动涡齿内壁定径基圆渐开线；1013、动涡齿内侧壁曲面线；1014、动涡齿外侧壁曲面线；102、第一密封槽；

2、静涡盘；201、静涡齿；2011、静涡齿外壁定径基圆渐开线；2012、静涡齿内壁定径基圆渐开线；2013、静涡齿内侧壁曲面线；2014、静涡齿外侧壁曲面线；202、第二密封槽；3、排气孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多维共轭曲面涡齿组、压缩机和膨胀机，以解决上述现有技术存在的问题，提高压缩机、膨胀机的工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明提供一种多维共轭曲面涡齿组，可用于压缩机和膨胀机，如图1～图4所示，包括两个涡齿，涡齿用于设置于涡盘上，涡盘带动涡齿101转动，两个涡齿在发生相对运动时能够彼此配合并产生一系列压缩腔，进而实现介质的流动以及压缩，如图1和图2所示，两个涡齿均沿着齿高的方向往复曲折，并形成光滑曲面，两个涡齿相对的侧壁为共轭曲面，优选的实施例中，两个涡齿的涡旋型线为共轭曲线。

本发明提供的多维共轭曲面涡齿组中的两个涡齿相对的侧壁为共轭曲面，实现啮合间隙不发生突变，同时啮合间隙由涡齿侧壁共轭曲面构成，增加涡齿啮合间隙泄漏线复杂程度，从而减小压缩机和膨胀机中涡齿啮合间隙泄漏量。工作腔的侧壁为往复曲折的曲面，可以实现保证涡齿较小啮合间隙的同时增加工作腔体中工质与涡齿壁面的接触面积，同时曲面造型侧壁面涡齿结构能够有效减小工作腔内工质流动力沿齿高方向的流动损失，提高压缩机和膨胀机工作效率。

于具体的实施例中，应用于普通的涡旋压缩机和涡旋膨胀机时，两个涡齿分别为静涡齿201和动涡齿101，静涡齿201的静涡旋型线的渐开线展角与动涡齿101的动涡旋型线的渐开线展角相同，或静涡旋型线的渐开线展角大于动涡旋型线的渐开线展角。

动涡齿101的动涡旋型线由动涡旋外壁定径基圆渐开线1011和动涡旋内壁定径基圆渐开线1012组成；动涡齿101的侧壁面沿齿高方向上的截面线由动涡齿内侧壁曲面线1013和动涡齿外侧壁曲面线1014组成；

静涡齿201的型线由静涡齿外壁定径基圆渐开线2011和静涡齿内壁定径基圆渐开线2012组成；静涡齿201的侧壁面沿齿高方向上的截面线由静涡齿内侧壁曲面线2013和静涡齿外侧壁曲面线2014组成；

动涡齿101在公转平动工作过程中，动涡齿101与静涡齿201能实现正确的啮合，即动涡齿外壁定径基圆渐开线1011与静涡齿内壁定径基圆渐开线2012啮合，动涡齿内壁定径基圆渐开线1012与静涡外壁定径基圆渐开线2011啮合，以及在齿高面上动涡齿外侧壁曲面线1014与静涡齿内侧壁曲面线2013啮合，动涡齿内侧壁曲面线1013与静涡齿外侧壁曲面线2014啮合。

于具体的实施例中，动涡齿101的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同，静涡齿201的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同。

于具体的实施例中，静涡齿201和动涡齿101在同齿高上曲率相同。参照图4所示，动涡齿101和静涡齿201在啮合时，不同齿高处的间隙宽度是相同的，动涡齿外侧壁曲面线1014与静涡齿内侧壁曲面线2013共轭，在不同齿高处曲线的曲率相同。在动涡齿101公转平动工作过程中，始终保持啮合处间隙的宽度与形状，如此设置减少了动涡齿101作公转平动过程中与静涡盘2的径向间隙工质泄漏。

于具体的实施例中，静涡齿201和动涡齿101的齿顶均设置有沿各自型线延伸的密封槽，密封槽内容纳有密封条。具体的，参照图1，动涡齿101的齿顶面上开设有第一密封槽102，第一密封槽102内设置有第一密封条，第一密封条用于与静涡盘体朝向静涡齿201的表面接触密封；静涡齿201的齿顶面上开设有第二密封槽202，第二密封槽202内设置有第二密封条，第二密封条用于与动涡盘体朝向动涡齿101的表面接触密封，如此设置减少了动涡齿101作公转平动过程中与静涡盘2的轴向间隙工质泄漏。

具体地，动、静涡盘上涡齿的内外壁共轭型线及动、静涡盘上涡齿的内外侧壁面共轭曲面通过以下方程确定：

1)动涡齿外壁定径基圆渐开线1011方程：

2)动涡齿内壁定径基圆渐开线1012方程：

3)静涡齿外壁定径基圆渐开线2011方程：

4)静涡齿内壁定径基圆渐开线2012方程：

式中：R_b为基圆半径，φ为涡齿渐开线展开角，α为型线发生角。

在本发明实例中R_b＝3.349mm，α＝0.5973rad，φ∈[8.815rad,28.45rad]，参照图3所示，此时壁厚t＝4mm，动涡旋盘的平动回转半径R_or＝6.5mm。

5)动涡齿内侧壁曲面线1013曲线方程：

6)动涡齿外侧壁曲面线1014曲线方程：

7)静涡齿内侧壁曲面线2013曲线方程：

8)动涡齿外侧壁曲面线2014曲线方程：

在本发明实例中h＝41.1mm，k取3，参照图4所示，啮合齿面上有3道沟槽，沟槽深度为2mm。

实施例二

本发明还提供了一种涡旋压缩机，包括如实施例一所述的多维共轭曲面涡齿组。实施例三

本发明还提供了一种涡旋膨胀机，包括如实施例一所述的多维共轭曲面涡齿组。

实施例四

本发明还提供了一种自转型涡旋压缩机，包括如实施例一所述的多维共轭曲面涡齿组，两个涡齿均设置于为自转式涡盘上。

实施例五

本发明还提供了一种自转型涡旋膨胀机，包括如实施例一所述的多维共轭曲面涡齿组，两个涡齿均设置于为自转式涡盘上。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种多维共轭曲面涡齿组，其特征在于，包括两个涡齿，两个所述涡齿在发生相对运动时能够彼此配合并产生一系列压缩腔，两个所述涡齿均沿着齿高的方向往复曲折，两个所述涡齿相对的侧壁为共轭曲面；两个所述涡齿分别为静涡齿和动涡齿，所述静涡齿的静涡旋型线的渐开线展角与所述动涡齿的动涡旋型线的渐开线展角相同，或所述静涡旋型线的渐开线展角大于所述动涡旋型线的渐开线展角；所述动涡齿的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同，所述静涡齿的内侧壁和外侧壁在同齿高上的曲率相同；所述静涡齿和所述动涡齿在同齿高上曲率相同；

动涡齿内侧壁曲面线曲线方程：

动涡齿外侧壁曲面线曲线方程：

静涡齿内侧壁曲面线曲线方程：

动涡齿外侧壁曲面线曲线方程：

其中，t为壁厚，k取3，h为齿高。

2.根据权利要求1所述的多维共轭曲面涡齿组，其特征在于：所述静涡齿和所述动涡齿的齿顶均设置有沿各自型线延伸的密封槽，所述密封槽内容纳有密封条。

3.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括权利要求1～2任意一项所述的多维共轭曲面涡齿组。

4.一种涡旋膨胀机，其特征在于，包括权利要求1～2任意一项所述的多维共轭曲面涡齿组。

5.一种自转型涡旋压缩机，其特征在于，包括权利要求1所述的多维共轭曲面涡齿组，两个所述涡齿均设置于为自转式涡盘上。

6.一种自转型涡旋膨胀机，其特征在于，包括权利要求1所述的多维共轭曲面涡齿组，两个所述涡齿均设置于为自转式涡盘上。