CN219012862U - 一种密封型双螺杆泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密封型双螺杆泵，属于双螺杆泵技术领域，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆。半径为R₃/2的圆O₃与半径为H₅的主动螺杆的根圆H₂相切；主动螺杆的根圆H₂与从动螺杆的顶圆H₃是节圆；主动螺杆的齿形型线由摆线AB和摆线BC连续组成；摆线AB是双螺杆泵工作时，半径为λ*R3的圆H₆圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；摆线BC是泵工作时，半径为R₃/2圆H₅圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；从动螺杆的齿形型线由摆线DE和径向线EF连续组成；摆线DE是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆H₄圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线。本实用新型通过设计双螺杆泵主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，提升了双螺杆泵的密封性和容积利用率。

Description

一种密封型双螺杆泵

技术领域

本实用新型属于双螺杆泵技术领域，更具体地，涉及一种密封型双螺杆泵。

背景技术

双螺杆泵是由相互啮合的主、从螺杆和泵体或衬套间形成一个容积恒定的密封腔室，介质随主、从螺杆的转动沿轴向移动，从而实现泵输送的目的。双螺杆泵的两根螺杆由一对同步齿轮驱动，两螺杆本身并不直接接触，所以可以输送非润滑性甚至含微小固体磨粒的介质，在工程领域中获得广泛应用。

现有的密封型双螺杆泵的齿形有多种，文献1(回转式容积泵理论与设计，林洪义，兵器工业出版社，1995)对此做过综合介绍，但每一种都未得到广泛应用，对其中列举的几种齿形分析可知，其容积利用率都不高。专利1(公开号CN102400913A)提出了一种密封型齿形型线设计，但没有给出完整的齿形图，根据其根圆和顶圆的大小可知，其容积利用率也相当低。专利2(公开号CN112539171)提供了一种双头三头敷胶双螺杆，提出了另一种齿形设计，该专利中未给出具体数据，但可以根据申请书给出的图形测量得到，容积利用率约为0.32。上述密封型双螺杆泵的容积利用率都小于135型三螺杆泵0.37，在密封性能和容积利用率方面，均不能达到与三螺杆泵相同的水平。容积利用率高，意味着在相同的体积和转速下，流量更大，或者在相同的流量下，体积和重量更小。

由于现有的密封型双螺杆泵的密封性与容积利用率性能均不佳，因此，工程中实际应用的双螺杆泵大多是非密封型的。非密封型双螺杆泵的齿形一般为梯形或矩形，加工比较简单，但泄漏量较大，容积效率不高，也不适用于高压场合。三螺杆泵相对双螺杆泵的密封性和容积利用率均较好，然而由于其主动螺杆和从动螺杆是直接接触的，为避免运行时发生摩擦和磨损，三螺杆泵只适用于输送润滑性好的液体，如润滑油、液压油等，对于非润滑性甚至含固体磨粒的介质却无法输送，在工程中的使用范围有限。

因此，如何提供一种密封性和容积利用率高的密封型双螺杆泵，成为本领域的亟待解决的技术难题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种密封型双螺杆泵的齿形设计，其目的在于，通过设计双螺杆泵主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，提升双螺杆泵的密封性和容积利用率，由此解决现有双螺杆泵密封性差、容积利用率低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种密封型双螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，从动螺杆根圆H₁半径为R₁，顶圆H₃半径为R₃，圆心O₁；主动螺杆根圆H₂半径为R₂，顶圆H₄半径为R₄，圆心O₂；半径为R₃/2的圆H₅与主动螺杆的根圆H₂相切，相切点记为Q，主动螺杆的根圆H₂与从动螺杆的顶圆H₃是节圆，二者相切于Q点；圆H₅的圆心为O₃、半径为R₃/2，圆心O₃为线段O₁Q的中点，；

所述主动螺杆的齿形型线由摆线AB和摆线BC连续组成；所述摆线AB是双螺杆泵工作时，与从动螺杆的顶圆H₃同心、半径为λ*R3的圆H₆圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；所述摆线BC是所述圆H₅与主动螺杆的节圆也即主动螺杆根圆H₂相对做无滑动的滚动时，所述圆H₅圆周上的任意点在主动螺杆上画的曲线；

所述从动螺杆的齿形型线由摆线DE和径向线EF连续组成；所述摆线DE位于所述圆H₆内部，是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆H₄圆周上的任意点在从动螺杆上画的曲线；所述径向线EF位于所述圆H₆与所述从动螺杆的顶圆H₃之间，是沿顶圆O₁径向的直线段，其延长线通过从动螺杆的轴心O₁。

由图2的几何关系，R₁+R₄＝R₂+R₃，根据传动比，有R₃＝1.5R₂。

在满足上述两个等式的条件下，取R₁:R₂:R₃:R₄＝1:2:3:4最为方便。实际上，只要满足上述两个等式，也可以取其他的值，例如适当减小R₁，加大R₄，这可以进一步提高容积利用率，但从动螺杆刚度降低，可能造成加工困难，也限制了其最高使用压力。

从动螺杆齿形中设置径向线EF是为了避免从动螺杆齿形出现锐角，导致在加工、运输或使用中易于损坏。λ＝0.95±0.5，工程实际中，常取λ＝0.95。

优选地，将所述径向线EF的直线替换为圆弧，或者在所述径向线EF上与所述从动螺杆的顶圆H₃圆周交点处形成圆角，此时主动螺杆齿形上的BC段曲线是从动螺杆上该圆弧段的共轭曲线。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本实用新型提供的密封型双螺杆泵，设计了主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，该齿形型线相互啮合，使双螺杆泵的密封性与三螺杆泵相同。相对于现有的非密封性双螺杆泵，提高了容积效率和最高工作压力；相对于现有的密封型双螺杆泵，本实用新型大大提升了容积利用率，经过实例验证，本实用新型双螺杆泵容积利用率可达到0.47以上，相对背景技术专利2的现有双螺杆泵容积利用率提升了47％，相比标准三螺杆泵容积利用率也提升了27％。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例中密封型双螺杆泵截面图；

图2是本实用新型较佳实施例中主动螺杆和从动螺杆齿形型线图；

图3是本实用新型密封型双螺杆的一个应用实例。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

螺杆泵的密封条件之一，是满足下列关系式：

Z₁＝K·(Z₂-1)

式中，Z₁为主动螺杆螺纹头数，Z₂为从动螺杆螺纹头数，K为从动螺杆数。在三螺杆泵中，这三个数均等于2，满足上式，由于Z₁＝Z₂，所以二者转速相同，节圆直径也相同。在双螺杆泵中，K＝1，所以Z₁和Z₂不相同，一般取Z₁＝2，Z₂＝3。所以，双螺杆泵中两个螺杆转速不同，两个节圆半径也不同，需要对主动螺杆和从动螺杆的齿形型线进行有别于三螺杆泵齿形型线的特别设计，以适用双螺杆泵的结构特点，并提高双螺杆泵的密封性和容积利用率。

如图1所示，本实用新型提供的密封型双螺杆泵，设计了一种主动螺杆和从动螺杆新的齿形型线，图1表达了螺杆齿形的全局形状，图中粗线表示本实用新型提出的齿形型线。从动螺杆轴心为O₁，其根圆H₁圆心为O₁、半径为R₁，顶圆H₃圆心为O₁、半径为R₃；主动螺杆轴心为O₂，其根圆H₂圆心为O₂、半径为R₂，顶圆H₄圆心为O₂、半径为R₄。根据传动比，有R₃＝1.5R₂，根据几何关系，有R₁+R₄＝R₂+R₃，为方便计，在满足上述两个关系的条件下，取R₁:R₂:R₃:R₄＝1:2:3:4。如果减小R₁，增大R₄，则可进一步提高容积利用率，但从动螺杆刚度减小。上述比值较好地平衡了容积利用率与从动螺杆刚度。

主动螺杆的根圆H₂和从动螺杆的顶圆H₃是节圆，二者相切，相切点记为Q，泵工作时，这两个节圆相互做无滑动的滚动。以O₃为圆心、半径为R₃/2的圆H₅与主动螺杆的根圆相切，其圆周经过O₁和Q点，其同样与主动螺杆的根圆H₂相切，O₃位于O₁Q的中点。

如图2所示，图中在主动螺杆齿形型线上标出了三个特征点A、B、C，在从动螺杆齿形型线上标出了三个特征点D、E、F。对于主动螺杆齿形型线，摆线AB段是泵工作时，与从动螺杆的顶圆H₃同心即圆心为O₁、半径为的λ*R₃圆H₆的圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线，摆线BC段则是半径为R₃/2的圆H₅与主动螺杆的节圆(以O₂为圆心、R₂为半径)相对做无滑动的滚动时，圆H₆圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线。对于从动螺杆齿形型线，型线的摆线DE段是泵工作时，主动螺杆顶圆H₄圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线，其中D点相对E点距离O₁较近；径向线EF段则是通过E点的径向直线，该径向线在通过从动螺杆的轴心O₁和E点的直线上。将EF段设置为径向直线段的目的是避免从动螺杆顶圆处出现锐角，导致在加工和运输过程中易于损坏。λ＝0.95±0.5，常取为0.95。

作为一种可选的实施方式，出于工艺或其他结构方面的需要，可以用圆弧代替从动螺杆型线的直线部分，即径向线EF变为圆弧EF，或者在从动螺杆顶圆圆周与EF直线部分的交点处形成一个小半径的圆角。此时，主动螺杆齿根处BC段变为与该圆弧的共轭曲线。

在图2中，取坐标系的X轴为两螺杆中心的连线，正向从主动螺杆指向从动螺杆，坐标原点则分别为两螺杆的中心，则上述三段摆线(AB段、BC段、DE段)，可以用统一的参数方程表达如下：

式中，角度

是参变量，参变量

的取值范围为

和

以及其余各量(L、r、a、θ、b、δ)均为常数，但对各段型线取不同的值。每个式子中第一个括号前的符号±，对于主动螺杆取正号(+)，对于从动螺杆取负号(-)。

对于主动螺杆AB段

弧度

弧度

L＝R₁+R₄＝R₂+R₃

r＝0.95*R₃

a＝1.5

b＝1

θ＝0

对于主动螺杆BC段

弧度

L＝R₂+R₃/2

r＝R₃/2

a＝0.75

b＝1.

θ＝52.31800123＝0.91312138弧度

对于从动螺杆DE段

弧度

L＝R₁+R₄＝R₂+R₃

r＝R₄

a＝-1/1.5

b＝-1/1.5

θ＝0

式中δ是当齿形以X轴为对称轴时，控制齿厚的一个量，可以在一定的范围内变化，变化范围取决于对齿厚的要求。对于图1所示的齿形，δ＝30°。当δ增加时，主动螺杆齿厚减薄，而从动螺杆齿厚增加，反之亦然。

上述齿形的密封性与三螺杆泵相同，容积利用率为0.47，比背景技术专利2齿形提升了47％，比标准三螺杆泵也提升了27％。

实施例

图3是一个应用上述密封型双螺杆泵实施的一个实例，该泵为双吸立式结构，两螺杆用齿轮使之同步。两螺杆均采用固定-游动支承方式，同时配合机械密封。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种密封型双螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，其特征在于，半径为R₃/2的圆H₅与主动螺杆的根圆H₂相切，相切点记为Q，其中R₃为从动螺杆的顶圆H₃的半径；且所述圆H₅经过从动螺杆的轴心O₁；所述主动螺杆的根圆H₂与所述从动螺杆的顶圆H₃是节圆，二者相切于Q点；

所述主动螺杆的齿形型线由摆线AB和摆线BC连续组成；所述摆线AB是双螺杆泵工作时，与从动螺杆的顶圆H₃同心、半径为λ*R3的圆H₆圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；所述摆线BC是所述圆H₅与主动螺杆的节圆也即主动螺杆根圆H₂相对做无滑动的滚动时，所述圆H₅₃圆周上的任意点在主动螺杆上画的曲线；λ＝0.95±0.5；

所述从动螺杆的齿形型线由摆线DE和径向线EF连续组成；所述摆线DE位于所述圆H₆内部，是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆H₄圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线；所述径向线EF位于所述圆H₆与所述从动螺杆的顶圆H₃之间，是沿顶圆H₃径向的直线段。

2.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，R₃＝1.5R₂，R₁+R₄＝R₂+R₃；其中，R₁是从动螺杆根圆半径，R₂是主动螺杆的根圆半径，R₃是从动螺杆顶圆H₃半径，R₄是主动螺杆的顶圆H₄半径。

3.如权利要求2所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，R₁:R₂:R₃:R₄＝1:2:3:4。

4.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，λ＝0.95。

5.如权利要求2所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，所述主动螺杆和所述从动螺杆的传动比为1.5。

6.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，所述主动螺杆的螺纹头数为2，所述从动螺杆的螺纹头数为3。

7.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，将所述径向线EF的直线替换为圆弧，或者在所述径向线EF上与所述从动螺杆的顶圆H₃圆周交点处形成圆角，此时主动螺杆BC段曲线是从动螺杆EF段圆弧或圆角的共轭曲线。

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