CN214698335U

CN214698335U - 一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓

Info

Publication number: CN214698335U
Application number: CN202120207160.9U
Authority: CN
Inventors: 李玉龙; 张安民; 刘萍; 范钧
Original assignee: Suqian College
Current assignee: Suqian College
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2031-01-25

Abstract

本发明公开了一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，包括2、3、4叶下的4、6、8个节圆周向对称邻接的半叶轮廓，半叶轮廓由峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷共轭直线段、谷过渡连接圆弧四部分首尾光滑相连组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、峰起点、中节点、谷起点、位于谷对称轴上的谷点，本发明的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，一具有同类凸转子中更大的形状系数和容积利用系数及更小的共轭泄漏率；二具有同类凸转子中更易于加工的轮廓构造。

Description

一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓

技术领域

本发明属于转子泵的技术领域，具体涉及一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓构造。

背景技术

凸转子泵是利用两个凸转子(简称为转子)旋转过程中所产生的进口真空吸力将流体介质输送到出口的一类容积泵，最早用于罗茨真空泵，应用极其广泛，在空天海洋装备中也逐步得到运用，自然对泵的轻量化程度提出了更高的要求。其中，由两个完全相同凸转子所形成的非接触式转子副为泵的核心组件，转子叶数常为2～4。

泵的容积效率≈容积利用系数×(100％－内泄漏率)，决定了泵的轻量化程度，容积效率越高，轻量化程度越好。其中，容积利用系数＝“转子顶圆柱体积中用于挤出介质的部分叶槽容积/转子顶圆柱的体积”∝“1－1/转子的形状系数的平方”，内泄漏率≈径向泄漏率+轴向泄漏率+共轭泄漏率。因此在转子轮廓的设计中，总希望通过采用最大化的形状系数和最小化的的内泄漏率，以期获得更高的容积效率。

对于具有普通轮廓构造的常见易加工转子，形状系数和共轭泄漏率的大小由转子轮廓中共轭段的形状直接决定，而径向泄漏率和轴向泄漏率的大小受共轭段的形状影响很小，可以忽略不计。其中，共轭段由节圆外侧的峰共轭轮廓和节圆内侧的谷共轭轮廓两部分组成。虽然普通转子在应用了CN109630407B的高形技术后，能进一步提高形状系数，但轮廓构造相对复杂，加工相对不易。

发明内容

就常见易加工转子的轮廓构造，本发明针对背景技术中所期望的更大形状系数、更小内泄漏率(主要体现为更小共轭泄漏率)和更易加工，提供了一种由半叶节圆弧的弦高线为谷共轭轮廓的特殊构造条件，直接计算出转子能取得的更大形状系数和确定出峰共轭轮廓的几何形状。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，包括半叶轮廓，其特征在于，半叶轮廓由峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷共轭直线段、谷过渡连接圆弧共四部分首尾光滑相连组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、峰起点、中节点、谷起点、位于谷对称轴上的谷点。

所述半叶轮廓，2叶下为4个节圆周向对称邻接的半叶轮廓，3叶下为6个节圆周向对称邻接的半叶轮廓，4叶下为8个节圆周向对称邻接的半叶轮廓。

进一步的，半叶轮廓由峰对称轴与谷对称轴夹成，峰对称轴和谷对称轴的交点为转子中心，峰对称轴和谷对称轴之间的夹角为半叶轮廓圆心角，所述半叶轮廓圆心角由转子叶数唯一确定。

进一步的，峰对称轴与节圆的交点为峰节点，谷对称轴与节圆的交点为谷节点；峰节点与谷节点间的节圆弧中点为中节点。

进一步的，峰节点与中节点间节圆弧上的任一点为瞬节点；瞬节点处的节圆切线为瞬切线，瞬节点到谷共轭直线段的垂直线段为瞬垂线，瞬垂线上非瞬节点的端点为瞬垂足；瞬垂线上非瞬垂线关于瞬切线的镜像对称线为瞬径线，瞬径线上非瞬节点的端点为瞬廓点。

所述谷共轭直线段为峰节点与谷节点间节圆弧的弦高线，弦高线的两端点分别为中节点和谷起点。

所述峰共轭轮廓为当瞬节点由中节点连续移向峰节点时的瞬廓点轨迹线，瞬廓点轨迹线的两端点分别为中节点和峰起点。

进一步的，所述峰过渡连接圆弧以峰节点为圆心，峰过渡连接圆弧的半径由形状系数和节圆半径决定。具体的，所述峰过渡连接圆弧的半径在数值上满足：

峰过渡连接圆弧半径＝(形状系数－1)×节圆半径。

进一步的，所述谷过渡连接圆弧以谷节点为圆心，谷过渡连接圆弧的半径由形状系数和节圆半径决定。具体的，所述谷过渡连接圆弧的半径在数值上满足：

谷过渡连接圆弧半径＝(形状系数－1)×节圆半径。

所述形状系数＝1+峰节点谷始点间长度/节圆半径，即为2叶、3叶、4叶下的1.7071、1.5、1.3827，比现有最大的1.6699、1.4770、1.3680的圆弧转子的形状系数还大，故取得更大的形状系数；常见渐开线、圆弧转子属于凸-凸、部分凸-凸共轭模式，而本发明转子属于凸-平共轭模式，故能取得更小的共轭泄漏率；谷部关于谷对称轴对称的两个跨叶过渡连接圆弧，可通过节圆半径的微调，使其成为能采用标准刀具一次同时加工的标准圆弧，加上节圆内侧的为直共轭轮廓，故能更易加工。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

本发明的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，一具有同类凸转子中更大的形状系数和容积利用系数及更小的共轭泄漏率；二具有同类凸转子中更易于加工的轮廓构造。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为凸转子具有内直共轭段的半叶轮廓构造示意图。

图中：O、转子中心，0、峰点，1、峰起点，2、中节点，3、谷始点，4、谷点，5、峰节点，6、谷节点，7、瞬节点，8、瞬垂足，9、瞬廓点，O50、峰对称轴，O46、谷对称轴，01、峰过渡连接圆弧，12、峰共轭轮廓，23、谷共轭直线段，34、谷过渡连接圆弧；ρ、瞬径线的长度，θ、瞬节点与中节点间节圆弧的圆心角，77'、瞬切线，α、瞬径线与峰对称轴的夹角，r、节圆半径，ε、形状系数，

半叶轮廓圆心角。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其半叶轮廓由峰过渡连接圆弧01、峰共轭轮廓12、谷共轭直线段23、谷过渡连接圆弧34共四部分首尾光滑相连组成，相应的端点和连接点依序为位于叶对称轴上的峰点0、峰起点1、中节点2、谷起点3、位于谷对称轴上的谷点4。其中，半叶轮廓由峰对称轴与谷对称轴夹成，峰对称轴与谷对称轴的交点为转子中心O，峰对称轴与谷对称轴间夹角为由转子叶数唯一确定的半叶轮廓圆心角

峰对称轴与节圆的交点为峰节点5，谷对称轴与节圆的交点为谷节点6，所述谷共轭直线段为峰节点谷节点间节圆弧的弦高线23，峰节点谷节点间的节圆弧中点为中节点2，峰节点中节点间节圆弧上的任一点为瞬节点7；瞬节点处的节圆切线为瞬切线77'，瞬节点到谷共轭直线段的垂直线段为瞬垂线78，点8为对应的瞬垂足；瞬垂线关于瞬切线的镜像对称线为瞬径线79；点9为对应的瞬廓点；ρ为瞬径线长度，θ为瞬节点与中节点间节圆弧的圆心角，r为节圆半径，ε为形状系数，N为转子叶数，λ为容积利用系数；

在节圆半径r和叶数N给定的前提下，峰对称轴O50、峰节点5、中节点2、谷节点6、半叶轮廓圆心角

弦高线23、谷对称轴O46均唯一确定；

首先，由瞬径线79和瞬垂线78关于瞬切线77'对称所具有的：

唯一构造出峰共轭轮廓12。

其次，由ε＝1+峰节点谷始点间长度/节圆半径r，得：

并分别以峰节点5和谷节点6为圆心，r×(2－ε)为半径，分别构造出峰过渡连接圆弧01和谷过渡连接圆弧34；

然后，由容积利用系数计算的进一步推导，得：

与渐开线转子的上限形状系数ε'及其容积利用系数λ'的

相比，本发明转子的形状系数ε分别提高了2叶下的5.53％、3叶下的2.47％和4叶下的1.26％，容积利用系数λ分别提高了2叶下的4.43％、3叶下的3.46％和4叶下的2.52％。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims

1.一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，包括半叶轮廓，其特征在于，所述半叶轮廓由峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷共轭直线段、谷过渡连接圆弧四部分首尾光滑相连组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、峰起点、中节点、谷起点、位于谷对称轴上的谷点。

2.如权利要求1所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述半叶轮廓，2叶下为4个节圆周向对称邻接的半叶轮廓，3叶下为6个节圆周向对称邻接的半叶轮廓，4叶下为8个节圆周向对称邻接的半叶轮廓。

3.如权利要求1所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述峰过渡连接圆弧以峰节点为圆心，峰过渡连接圆弧的半径由形状系数和节圆半径决定。

4.如权利要求3所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述峰过渡连接圆弧的半径在数值上满足：

峰过渡连接圆弧半径＝(形状系数－1)×节圆半径。

5.如权利要求1所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述峰共轭轮廓为瞬节点由中节点连续移向峰节点时的瞬廓点轨迹线，瞬廓点轨迹线的两端点分别为中节点和峰起点。

6.如权利要求1所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述谷共轭直线段为峰节点与谷节点间节圆弧的弦高线，弦高线的两端点分别为中节点和谷起点。

7.如权利要求1所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述谷过渡连接圆弧以谷节点为圆心，谷过渡连接圆弧的半径由形状系数和节圆半径决定。

8.如权利要求7所述的一种具有内直共轭和更大形状系数的凸转子轮廓，其特征在于，所述谷过渡连接圆弧的半径在数值上满足：

谷过渡连接圆弧半径＝(形状系数－1)×节圆半径。