CN1900525A - 一种双螺杆混输泵齿型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双螺杆混输泵的齿型，该双螺杆混输泵齿型的型线采用圆弧－圆弧包络线和点啮合摆线组成，在主要啮合区采用点啮合摆线和长肢外摆线，在其它区域采用圆弧—圆弧包络线。本发明的双螺杆混输泵齿型的型线符合啮合原理，针对不同的啮合区域的特点采用了相应的曲线，从而使得采用本发明齿型的双螺杆混输泵能够适用于更高的输送压力和高气体率的多相介质输送的场所。同时，采用本发明双螺杆混输泵齿型的螺杆加工方便、效率高。

Description

一种双螺杆混输泵齿型

                        技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种齿型，特别是一种双螺杆混输泵齿型。

                         背景技术

石油和天然气开采中通常油、气伴生，传统的方法是将油、气分离后分别输送，而油气混输技术是以一台同时进行多相混输的多相泵同时输送液、气组分。与传统方式相比，它具有明显的经济效益，尤其适合远距离输送。双螺杆混输泵具有良好的特性，因而受到了世界各大石油公司的重视。

转子型线设计是双螺杆混输泵设计中的关键技术，目前国内外关于螺杆混输泵型线的合理设计和几何特性问题研究的公开报道还非常少。传统的螺杆泵转子型线基本可以分为三类：

1.“方牙形”的型线，这类双螺杆泵转子工作截面为矩形或梯形，其密封性较差。为了减少液体的泄漏通常需要增加导程数、采用较小的螺旋升角。因此这类泵排出压力只有0.8Mpa左右。

2.“Leistritz”型，这类双螺杆泵转子工作段横截面的型线由渐开线和摆线组合而成，这两种曲线的组合有多种形式。这类泵密封性大为改善，排出压力可以达到1.5Mpa，其中采用B型线的螺杆泵最高排压可以达到8Mpa。

3.螺杆工作段横截面的型线由圆弧、摆线、椭圆及抛物线等曲线组合而成。由于综合了多种曲线的性能优点，因此这类泵密封性能有交大的改善，可用于高排压、高气体含量的多相介质混输。

不同类型的双螺杆泵转子型线有着各自的使用范围，对于油、气伴生，处于偏远地方的后期油田，上述第三类型线的双螺杆混输泵具有无可比拟的优势。

                        发明内容

本发明的目的在于提供一种双螺杆混输泵齿型，该双螺杆混输泵齿型能够有效降低混输泵的内泄漏，并且制造、加工方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该双螺杆混输泵齿型的型线全部采用圆弧-圆弧包络线和点啮合摆线组成；包括齿顶圆弧af、第一点啮合摆线ab、第一长肢外摆线bc、齿底圆弧cd、第二长肢外摆线de和第二点啮合摆线ef；其中，齿顶圆弧af与齿底圆弧cd与节圆同心，第一点啮合摆线ab上的点b和第二点啮合摆线ef上的点e形成的连线经过节圆圆心。

本发明的双螺杆混输泵齿型的型线符合啮合原理，针对不同的啮合区域的特点采用了相应的曲线，从而使得采用本发明齿型的双螺杆混输泵能够适用于更高的输送压力和高气体率的多相介质输送的的场所。同时，采用本发明双螺杆混输泵齿型的螺杆加工方便、效率高。

                       附图说明

图1是本发明的双螺杆混输泵齿型横相互啮合的两只转子截面的型线示意图；

图2是本发明的双螺杆混输泵齿型纵截面型线示意图；

图3是本发明的双螺杆混输泵齿型的螺杆啮合线示意图；

图4是本发明的双螺杆混输泵齿型的螺杆瞬时接触线示意图。

下面结合附图对本发明的做进一步的详细说明，以便更清楚的理解本发明的实现方式和特点。

                       具体实施方式

本发明的一种双螺杆混输泵齿型，型线采用圆弧-圆弧包络线和点啮合摆线组成。在主要啮合区，着眼于减少泄漏三角形面积而采用点啮合摆线，包括第一摆线ab、第二摆线fe和第一长肢外摆线bc、第二长肢外摆线ed，第一摆线ab上的点b和第二摆线fe上的点e在节圆上，它们于节圆圆心共线；在其它区域，着眼于缩短接触线长度和便于加工制造，采用圆弧-圆弧包络线，包括同心的齿底圆弧cd和齿顶圆弧af，齿底圆弧cd和齿顶圆弧af对置，两圆弧与节圆同心，半径分别为r、R和r′。

图1为本发明双螺杆混输泵齿型相互啮合的两只转子的横截面型线，第一转子1型线a1f1段是以O₁为圆心的圆弧，其半径为齿顶圆半径R1；a1b1段是由节圆2上的点b2形成的点啮合摆线，其中b2是y2坐标轴与节圆2的交点；b1c1段是由第二转子2齿顶圆上的点a2以节圆2为滚圆形成的长肢外摆线；c1d1段是以O1为圆心的圆弧，其半径为齿底圆半径r1；d1e1段是由第二转子2齿顶圆上的点f2以节圆2为滚圆形成的长肢外摆线；e1f1段是由节圆2上的点e2形成的点啮合摆线，其中e2是y2坐标轴与节圆2的交点。

第二转子2型线a2f2段是以O2为圆心的圆弧，其半径为齿顶圆半径R2；a2b2段是由节圆1上的点b1形成的点啮合摆线，其中b1是y1坐标轴与节圆1的交点；b2c2段是由第一转子1齿顶圆上的点a1以节圆1为滚圆形成的长肢外摆线；c2d2段是以O2为圆心的圆弧，其半径为齿底圆半径r2；d2e2段是由第一转子1齿顶圆上的点f1以节圆1为滚圆形成的长肢外摆线；e2f2段是由节圆1上的点e1形成的点啮合摆线，其中e1是y1坐标轴与节圆1的交点。

本发明各段组成曲线方程如下：

坐标系的建立如图1所示，圆心O₁、O₂分别在两只转子的轴线上。

1.摆线a1b1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=-{A\sin t}_1+r^{\′}1\sin {\mathrm{kt}}_1\\ y_1={A\cos t}_1-r^{\′}1\cos k{t}_1\end{array}\right.$

式中：x₁，y₁——曲线上点在坐标系x₁O₁y₁下的坐标；

A——两转子的中心距；

t₁——坐标参数，此处为角度；

r′1——第一转子1节圆半径；

k——角度系数，值等于滚动圆半径与固定圆半径比值加1。

2.长肢外摆线b1c1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=A\sin (t_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}}1)-R1\sin ({\mathrm{kt}}_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}}1)\\ y_1=A\cos (t_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}}1)-R1\cos ({\mathrm{kt}}_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}}1)\end{array}\right.$

式中：β_bc1——曲线b1c1段的角度范围；

R1——第一转子1齿顶圆半径。

3.圆弧c1d1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=r1\cos t_1\\ y_1=r1\sin t_1\end{array}\right.$

式中：r1——第一转子1齿底圆半径。

4.长肢外摆线d1e1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=A\sin (t_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}}1)-R1\sin ({\mathrm{kt}}_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}}1)\\ y_1=-A\cos (t_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}}1)+R1\cos ({\mathrm{kt}}_1+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}}1)\end{array}\right.$

式中：β_de1——曲线d1e1段的角度范围；

5.摆线e1f1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=-A{\sin t}_1+{\text{r}}^{\′}1\sin {\mathrm{kt}}_1\\ y_1=-A\cos t_1+r^{\′}1\cos {\mathrm{kt}}_1\end{array}\right.$

6.圆弧a1f1段方程：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=R1{\cos t}_1\\ y_1=R1{\sin t}_1\end{array}\right.$

根据以上各段曲线的方程，结合图1可知，当中心距A和节圆半径给定之后，便可以确定摆线a1b1和e1f1，同时得到齿顶圆半径R1和齿底圆半径r1，则齿底圆弧c1d1和齿顶圆弧a1f1亦确定。结合此时已知的点a2，由共轭曲线的啮合原理可以得到长肢外摆线b1c1和d1e1。另外，也可以由已知的b1点和e1点的坐标分别带入方程求出角β_bc1和β_de1。

第一转子1的各组成曲线求得后，可以根据啮合原理求得第二转子2的各段相应的曲线。

将图1得到的螺杆混输泵的型线沿z方向按照一定的螺距进行螺旋运动，即得到转子如图2所示，本发明所述型线形成的转子横截面。

图3所示为两转子在相互转动啮合过程中所形成的空间啮合曲线的横截面投影。

图4(a)、(b)是本发明所述转子的瞬时接触线示意图，由图可以看出，在一个螺距中两只转子配以壳体能够很好的形成封闭的啮合空间。在实际使用中，为了使的输送能够连续进行，同时保证更好的密封效果，转子的长度要大于一个螺距。

Claims (2)

1.一种双螺杆混输泵齿型，其特征在于，该双螺杆混输泵齿型的型线全部采用圆弧-圆弧包络线和点啮合摆线组成；包括齿顶圆弧(af)、第一点啮合摆线(ab)、第一长肢外摆线(bc)、齿底圆弧(cd)、第二长肢外摆线(de)和第二点啮合摆线(ef)；其中，齿顶圆弧(af)与齿底圆弧(cd)与节圆同心，第一点啮合摆线(ab)上的点(b)和第二点啮合摆线(ef)上的点(e)形成的连线经过节圆圆心。

2.如权利1所述的双螺杆混输泵齿型，其特征在于，所述齿顶圆弧(af)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=R\cos t\\ y=R\sin t\end{array}\right.$

所述点啮合摆线(ab)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=-A\sin t+r^{\′}\sin \mathrm{kt}\\ y=A\cos t-r^{\′}\cos \mathrm{kt}\end{array}\right.$

所述长肢外摆线(bc)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=A\sin (t+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}})-R\sin (\mathrm{kt}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}})\\ y=A\cos (t+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}})-R\cos (\mathrm{kt}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{bc}})\end{array}\right.$

所述齿底圆弧(cd)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=r\cos t\\ y=r\sin t\end{array}\right.$

所述长肢外摆线(de)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=A\sin (t+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}})-R\sin (\mathrm{kt}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}})\\ y=-A\cos (t+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}})+R\cos (\mathrm{kt}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{de}})\end{array}\right.$

所述点啮合摆线(ef)的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=-A\sin t+r^{\′}\sin \mathrm{kt}\\ y=-A\cos t+r^{\′}\cos \mathrm{kt}\end{array}\right.$

式中：x₁，y₁——曲线上点在坐标系(x₁O₁y₁)下的坐标；

t——坐标参数，此处为角度；

A——两转子的中心距；

r’——转子节圆半径；

R——转子齿顶圆半径；

r——广转子齿底圆半径；

k——角度系数，值等于滚动圆半径与固定圆半径比值加1；

β_bc——曲线bc段的角度范围；

β_de——曲线de段的角度范围。

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