CN211144791U

CN211144791U - 一种罗茨泵用非接触式外直转子

Info

Publication number: CN211144791U
Application number: CN201922118261.4U
Authority: CN
Inventors: 李玉龙; 李秀荣; 臧勇
Original assignee: Suqian College
Current assignee: SICHUAN WUHUAN PETROCHEMICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2029-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种罗茨泵用非接触式外直转子，包括转子本体和与之完全相同的共轭体，所述转子本体的轮廓由半叶轮廓镜像后圆周阵列设置，所述半叶轮廓由节圆外侧的第一圆弧段、直线段、节圆内侧的曲线段和第二圆弧段组成；所述直线段的起点法线过转子顶轴与节圆的交点，终点位于节圆上，其陡峭程度由起点法线与转子顶轴间的夹角唯一控制；所述第一圆弧段的圆心为转子顶轴与节圆的交点，半径等于其圆心到直线段起点的距离，即起点法线的长度，由夹角唯一控制；本实用新型结构简单、通过本实用新型设计的转子轮廓，能有效提高转子的形状系数和容积利用系数，提高罗茨泵轻量化效果。

Description

一种罗茨泵用非接触式外直转子

技术领域

本实用新型涉及一种泵用转子,具体涉及一种罗茨泵用非接触式外直转子。

背景技术

罗茨泵是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子，转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵；罗茨泵又被称为一种回转式容积的非接触式转子泵，广泛应用于介质输送、抽真空、鼓风等方面。

其轻量化设计，取决于转子容积利用系数λ，λ越大，轻量化效果越好。现有研究表明λ≈1－1/ε²，由“ε＝顶最大半径/节圆半径”所定义的形状系数ε越大，容积利用系数λ更高。而形状系数ε的大小取决转子轮廓的构造，目前，共有凸-凸(如渐开线转子轮廓)、平-凸(如直线转子轮廓)、凹-凸(如摆线转子轮廓)三种形式，从共轭区域内泄漏的抑制效果来看，凹-凸型式(如摆线转子轮廓)优于平-凸型式(如直线转子轮廓)，平-凸型式(如直线转子轮廓)又优于凸-凸型式(如渐开线转子轮廓)。因此，直线转子在多级串联罗茨泵中应用最多，但由于直线转子的直线段轮廓位于转子节圆的内侧，简称内直转子。如图1所示，从图1中可以看出，由于直线转子的直线段轮廓位于转子节圆的内侧，导致内直转子的形状系数很小，容积利用系数低，轻量化效果不明显。

实用新型内容

本实用新型针对背景技术中不足,设计了一种罗茨泵用非接触式外直转子，目的在于：通过将直线段轮廓设置在节圆外侧，来提高转子的形状系数及容积利用系数，提高罗茨泵的轻量化效果。

本实用新型的目的是通过如下途径实现的：

一种罗茨泵用非接触式外直转子，包括转子本体和与之完全相同的共轭体，其特征在于：所述转子本体的轮廓由半叶轮廓镜像后圆周阵列设置，所述半叶轮廓由节圆外侧的第一圆弧段、直线段、节圆内侧的曲线段和第二圆弧段组成；所述直线段的起点法线过转子顶轴与节圆的交点，终点位于节圆上，其陡峭程度由起点法线与转子顶轴间的夹角唯一控制；所述第一圆弧段的圆心为转子顶轴与节圆的交点，半径等于其圆心到直线段起点的距离，即起点法线的长度，由夹角唯一控制；所述曲线段为共轭体上直线段的共轭轮廓，根据共轭原理获得，所述第二圆弧段的尺寸与第一圆弧段的尺寸相同，第二圆弧段的圆心为转子谷轴与节圆的交点。

进一步，设第一圆弧段的圆心为O₁₂，第二圆弧段的圆心为O₄₅，用α表示夹角，用N表示转子叶数，r为转子的节圆半径，通过第一圆弧段的圆心O₁₂与直线段之间构造直角三角形，设定直角三角形斜边为b，另一直角边即起点法线的长度为ρ，直线段对应第一圆弧段圆心位置的角为β；可得到如下公式：β(α,N)＝90°－α+45°/N，b/r(N)＝2×sin45°/N，ρ/r(α,N)＝b/r×cosβ＝2×sin45°/N×sin(α－45°/N)。

进一步，由“形状系数＝顶最大半径/节圆半径”的定义，得外直转子的形状系数ε_out(α,N)＝1+ρ/r＝1+2sin45°/N×sin(α－45°/N)。

进一步，根据曲线段的存在条件，即其上不出现“角点”一类几何干涉的极限条件，反推得所述N为二时，夹角α等于48.2732度，N为三时，夹角α等于51.7380度，N为四时，夹角α等于56.4062度。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单、通过本实用新型设计的转子轮廓，能有效提高转子的形状系数和容积利用系数，提高罗茨泵轻量化效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为现有技术中内直转子的轮廓结构示意图；

图2为本实用新型外直转子的半叶轮廓结构示意图；

图3为本实用新型二叶外直转子的轮廓结构示意图；

图4为本实用新型三叶外直转子的轮廓结构示意图；

图5为本实用新型四叶外直转子的轮廓结构示意图。

图中，12、第一圆弧段；23、直线段；34、节圆内侧的曲线段；45、第二圆弧段；O₁₂、第一圆弧段的圆心；O₄₅、第二圆弧段的圆心；α、夹角；2O₁₂、起点法线；ρ、第一圆弧段半径；β、直线段23对应第一圆弧段圆心位置的角；O₁₂3、直角三角形斜边b。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

如图2所示，本实用新型公开了一种罗茨泵用非接触式外直转子，包括转子本体和与之完全相同的共轭体，所述转子本体轮廓由半叶轮廓镜像后圆周阵列设置，所述半叶轮廓由节圆外侧的第一圆弧段12、直线段23、节圆内侧的曲线段34和第二圆弧段45组成，设第一圆弧段12的圆心为O₁₂，第二圆弧段45的圆心为O₄₅，用α表示夹角，用r表示转子的节圆半径，N表示转子叶数，通过第一圆弧段12的圆心O₁₂与直线段23之间构造直角三角形2O₁₂3，设定直角三角形斜边为b，另一直角边即起点法线的长度为ρ，直线段23对应第一圆弧段圆心位置的角为β，可知，所述直线段23的起点法线2O₁₂过转子顶轴与节圆的交点，终点位于节圆上，其陡峭程度由起点法线2O₁₂与转子顶轴间的夹角α唯一控制，所述第一圆弧段12的圆心O₁₂为转子顶轴与节圆的交点，半径等于其圆心到直线段起点的距离及起点法线的长度，所述第一圆弧段12的圆心O₁₂及半径ρ由夹角α唯一确定，所述曲线段34为共轭体上直线段的共轭轮廓，第二圆弧段45的尺寸与第一圆弧段12的尺寸相同，第二圆弧段45的圆心O₄₅为转子谷轴与节圆的交点，由上述构造关系和彼此间的三角几何关系，可得到如下公式：β(α,N)＝90°－α+45°/N，b/r(N)＝2×sin45°/N，ρ/r(α,N)＝b/r×cosβ＝2×sin45°/N×sin(α－45°/N)；进一步，如图2所示，由“形状系数＝顶最大半径/节圆半径”的定义，得设外直转子的形状系数ε_out＝1+ρ/r＝1+2sin45°/N×sin(α－45°/N)。如图3所示，由曲线段34的存在条件，即其上不出现“角点”一类几何干涉的极限条件，反推得所述N为二时，夹角α等于48.2732度，ε_out为1.3328；如图4所示，N为三时，夹角α等于51.7380度，ε_out为1.3096；如图5所示，N为四时，夹角α等于56.4062度，ε_out为1.2767。而现有设计中内直转子形状系数ε_in，当N为二时，ε_in为1.2929；当N为三时，ε_in为1.1340；当N为四时，ε_in为1.0761，利用形状系数增效公式δ_ε＝(ε_out/ε_in－1)×100％，可得出当N为二时，外直转子形状系数增效δ_ε为3.09％，当N为三时，δ_ε为15.5％，当N为四时，δ_ε为18.6％；进一步，由容积利用系数的计算方法，可以得出外直转子容积利用系数λ_out，N为二时，λ_out为0.4233，N为三时，λ_out为0.4013，N为四时，λ_out为0.3722。而内直转子容积利用系数λ_in，N为二时，λ_in为0.3748，N为三时，λ_in为0.1873，N为四时，λ_in为0.0973。通过容积利用系数增效δ_λ＝(λ_out/λ_in－1)×100％，得出当N为二时，外直转子容积增效δ_λ为12.94％，当N为三时，增效δ_λ为114.3％，当N为四时，增效δ_λ为282.5％。

因此，从上述可以得出，本实用新型设计出来的外直转子能有效提高转子的形状系数和容积利用系数，提高罗茨泵轻量化效果。

Claims

1.一种罗茨泵用非接触式外直转子，包括转子本体和与之完全相同的共轭体，其特征在于：所述转子本体的轮廓由半叶轮廓镜像后圆周阵列设置，所述半叶轮廓由节圆外侧的第一圆弧段、直线段、节圆内侧的曲线段和第二圆弧段组成；所述直线段的起点法线过转子顶轴与节圆的交点，终点位于节圆上，其陡峭程度由起点法线与转子顶轴间的夹角唯一控制；所述第一圆弧段的圆心为转子顶轴与节圆的交点，半径等于其圆心到直线段起点的距离，即起点法线的长度，由夹角唯一控制；所述曲线段为共轭体上直线段的共轭轮廓，根据共轭原理获得，所述第二圆弧段的尺寸与第一圆弧段的尺寸相同，第二圆弧段的圆心为转子谷轴与节圆的交点。

2.根据权利要求1所述的一种罗茨泵用非接触式外直转子，其特征在于：进一步，设第一圆弧段的圆心为O₁₂，第二圆弧段的圆心为O₄₅，用α表示夹角，用N表示转子叶数，r为转子的节圆半径，通过第一圆弧段的圆心O₁₂与直线段之间构造直角三角形，设定直角三角形斜边为b，另一直角边即起点法线的长度为ρ，直线段对应第一圆弧段圆心位置的角为β；可得到如下公式：β(α,N)＝90°－α+45°/N，b/r(N)＝2×sin45°/N，ρ/r(α,N)＝b/r×cosβ＝2×sin45°/N×sin(α－45°/N)。

3.根据权利要求2所述的一种罗茨泵用非接触式外直转子，其特征在于：进一步，由“形状系数＝顶最大半径/节圆半径”的定义，得外直转子的形状系数ε_out(α,N)＝1+ρ/r＝1+2sin45°/N×sin(α－45°/N)。

4.根据权利要求3所述的一种罗茨泵用非接触式外直转子，其特征在于：进一步，根据曲线段的存在条件，即其上不出现“角点”一类几何干涉的极限条件，反推得所述N为二时，夹角α等于48.2732度，N为三时，夹角α等于51.7380度，N为四时，夹角α等于56.4062度。