CN2256481Y - 一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮 - Google Patents

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Abstract

一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮型线，叶峰为圆弧或组合圆弧，其特征是叶轮半径R的取值范围满足不等式：2R′max/A≥2R/A>1+sinarctgπ/2Z(式中A为中心距，R′max为轮叶两侧渐开线的延伸交点到叶轮中心的距离，Z为轮叶数)，连接渐开线与叶峰线的是渐开线延伸段或者是一段缩短摆线，叶谷为叶峰的共轭曲线。该叶轮的优点是在增加叶数的同时增大叶轮直径与叶轮中心距的比值，可获得较大的面积利用系数，提高了容积效率，降低了比功率。

Description

一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮
本实用新型涉及罗茨风机及罗茨真空泵的叶轮设计，具体地说是提出了一种适用于中小型罗茨泵渐开线多叶叶轮的型线。
罗茨泵渐开线叶轮设计中，叶轮直径2R与两叶轮的中心距A的比值 是影响叶型、面积利用系数、叶轮刚度、叶轮啮合性能的重要参数。比值
Figure Y9524668600032
小，则压力角αp就大，面积利用系数则小，但此时叶轮基圆半径大，叶型较肥胖，从结构上保证了叶轮的刚性。反之，比值
Figure Y9524668600033
大，则压力角αp小，基圆半径也小，叶轮较瘦小，但面积利用系数较大。如果比值 过大，会发生两转子渐开线部分叶型彼此干涉，使机泵不能工作。一般设计叶型时，总是先确定叶轮的中心距A和叶轮外径2R，不过，一旦中心距A确定后，为避免干涉现象，叶轮可以选择的最大直径2Rmax由公式
Figure Y9524668600035
所确定(式中Z为叶轮的叶数)，相应地面积利用系数的最大值也确定了。表1给出渐开线型轮叶数Z、比值
Figure Y9524668600036
和面积利用系数的对应关系：
               表1
Figure Y9524668600041
因为多于4个轮叶的罗茨机泵不见报道，相应数据不予计算列入。一般地说，实际采用的比值
Figure Y9524668600042
要小于表中的 ，因此面积利用系数也小于表中所列数值。
目前国内生产的均为二叶渐开线型罗茨泵。由于二叶型机泵的空气冲击性动力噪音大，容积效率低，国外的中小型罗茨机泵逐步采用三叶型取代二叶型，个别情况下也有采用四叶型的。国外这些多叶型叶轮一般都采用圆包络线型，当外圆直径与中心距比值
Figure Y9524668600044
过大时，圆包络线会出现角点，两叶轮啮合时，在角点附近要发生分离现象，实际间隙将大于正常间隙从而使机泵性能恶化，因此，此种圆包络线的比值
Figure Y9524668600045
的最大值也受到限制，当然面积利用系数也受到限制。表2给出圆包络线型轮叶数Z、比值 和面积利用系数的对应关系：
         表2表1和表2所列数值非常接近，可视同一样。
本实用新型的任务是突破上述设计思想，提高比值
Figure Y9524668600053
，采用渐开线型，克服干涉现象，在增加叶轮叶数的同时，也能获得较大的面积利用系数以提高罗茨泵的效率和性能。
为完成上述任务，本实用新型采用如下设计方案：一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮，其渐开线基圆半径为r0，叶峰是以叶轮外圆半径R为半径的一段圆弧或者是以该圆弧为中间段的组合圆弧，其特征在于叶轮半径R的取值范围满足不等式：
Figure Y9524668600054
，从渐开线上曲率半径
Figure Y9524668600056
的点到叶峰的连线是渐开线的延伸段或者是一段缩短摆线，叶谷是叶峰的共轭曲线，上述两式中A为罗茨泵两叶轮的中心距，Z是叶轮轮叶数，R′max是轮叶两侧渐开线延伸线的交点到叶轮中心的距离，αp是压力角。
以下结合实施例及其附图作详细说明。
图1是本实用新型一个实施例罗茨泵的渐开线三叶型叶轮的型线图。
图2是图1的一种修正的型线图。
图3、图4是图1所示两叶轮啮合示意图。
图5、图6是图2所示两叶轮啮合示意图。
本实用新型一般应采用三叶或四叶的叶轮，它们的设计原理完全相同，故选三叶型叶轮为实施例作具体说明。图1所示的罗茨泵三叶型渐开线叶轮，叶轮中心剖面线部分为叶轮驱动轴，其渐开线M1N1的基圆半径为r0，叶峰是叶轮半径R为半径的一段圆弧T1T1′，其特点是叶轮半径的取值范围满足不等式
Figure Y9524668600062
。从渐开线M1N1上曲率半径
Figure Y9524668600063
的点到叶峰T1T1′的连线是渐开线M1N1的延伸段N1T1(如图所示)，或者是一段缩短摆线(图未示)。以上两式中A是罗茨泵两叶的中心距，Z是叶轮的轮叶数，R′ma.x是轮叶两侧渐开线延伸的交点P到叶轮中心O的距离，αp为压力角(图未示)。当然，叶峰弧线T1T1′也可以设计成以R为半径的圆弧作为中间段，两侧用小圆弧与上述渐开线延伸段或缩短摆线M1T1相吻接而构成的组合圆弧(图未示)，这样可避免出现尖角而减少叶轮运转时的磨损。叶谷部分的弧线M2D2M1是采用与叶峰弧线共轭的曲线。
为了进行对比，图1中用粗虚线画出公知的三叶型叶轮型线，叶轮直径一般不大于可选择的最大直径2Rmax，在中心距确定的条件下，该2Rmax的数值由表1和表2所列数值限定。在相同的中心距A的条件下，本实施例的叶轮半径R大于Rmax，有一个差值δ，这就增大了面积利用系数。要避免干涉现象，叶谷与叶峰必须共轭，因此本实施例中的叶谷弧线M2D2M1与公知方法的叶谷弧线M2D1M1相比是向叶轮中心O“挖入”，本实施例的叶谷中点D2介于公知方法的叶谷中点D1和极端叶谷弧线M2D3M1(即对应于R′max并用虚线所示的)中点D3之间。这种“挖入”正是与现有的叶轮线型设计思想所不同的地方。这种“挖入”在一定程度上会影响叶轮的刚度，但是叶轮的整体刚度由其最弱的地方即叶谷中点D2到叶轮轴孔最近点E的距离D2E所决定。在综合平衡材料强度、转速、风压和传递功率各项参数后，适当选择D2E的距离在中小型罗茨泵设计中完全可以做到，而这个计算程序较复杂，已不是本实用新型要解决的主题，此处不再细述。
本实用新型采用渐开线工作面，至少有一个啮合点，在一定角度也会有两个或三个啮合点，如图3和图4所示，这时叶谷、叶峰之间形成一个密封的空间而产生困气现象，在连接叶峰T1T1′和渐开线M1N1的渐开线延伸段或缩短摆线段N1T1处开一个深度为1至5毫米的凹槽，如图2所示，就可以避免困气现象，其啮合情况如图5和图6所示。
本实用新型的积极效果在于增加了叶轮的时效。同时增大叶轮直径与叶轮中心距的比值，获得较大的面积利用系数。与二叶叶轮相比，减小了空气冲击性动力噪音，提高了容积效率；与多叶的圆包络线型叶轮相比，具有较大的面积利用系数，降低了比功率，达到节能效果，表3列出本实施例与国外三叶罗茨鼓风机的比功率对照数据。
                   表3
比功率KW/m3min 风压(kpa) 29.4 39.2 49
  本实施例   0.6914  0.9461  1.2297
  AH125(日本)   0.8055  1.0853  1.3807

Claims (2)

1.一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮，其渐开线基圆半径为r0，叶峰是以叶轮外圆半径R为半径的一段圆弧或者是以该圆弧为中间段的组合圆弧，其特征在于叶轮半径R的取值范围满足不等式： ，从渐开线上曲率半径
Figure Y9524668600022
Figure Y9524668600023
的点到叶峰的连线是渐开线的延伸段或者是一段缩短摆线，叶谷是叶峰的共轭曲线，上述两式中A为罗茨泵两叶轮的中心距，Z是叶轮轮叶数，R′ma.x是轮叶两侧渐开线延伸线的交点到叶轮中心的距离，αρ是压力角。
2.根据权利要求1所述的罗茨泵的渐开线多叶叶轮，其特征在于在连接叶峰和渐开线的渐开线延伸段或者缩短摆线处开设一个深度为1至5毫米的凹槽。
CN95246686U 1995-12-19 1995-12-19 一种罗茨泵的渐开线多叶叶轮 Expired - Lifetime CN2256481Y (zh)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109779903A (zh) * 2018-12-26 2019-05-21 宿迁学院 一种具有八字顶和渐开线组合型线的泵用转子
CN110821828A (zh) * 2019-11-29 2020-02-21 宿迁学院 一类罗茨泵用的双曲线转子

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109779903A (zh) * 2018-12-26 2019-05-21 宿迁学院 一种具有八字顶和渐开线组合型线的泵用转子
CN110821828A (zh) * 2019-11-29 2020-02-21 宿迁学院 一类罗茨泵用的双曲线转子
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