CN102678181B - 一种双螺杆膨胀机转子型线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双螺杆膨胀机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；其特点是，阴转子齿型线和阳转子齿型线均由多段二次曲线首尾光滑连接而成；曲线包括圆弧、销齿圆弧和圆弧包络线；其中：所述的阴转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧A₂B₂、圆弧B₂C₂、销齿圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧F₂G₂；阳转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧包络线A₁B₁、圆弧包络线B₁C₁、销齿圆弧C₁D₁、圆弧D₁E₁、圆弧包络线E₁F₁、圆弧F₁G₁。由于阴转子和阳转子均为由圆弧及其圆弧包络线、以及销齿圆弧二次曲线光滑连接构成，在两转子间完全实现了曲面对曲面的密封，有助于形成流体动力润滑油膜，降低通过接触线的横向泄露，并且该转子具有较大的齿间面积系数和相对较短的接触线，从而提高膨胀机的工作效率，减少机械磨损。

Description

一种双螺杆膨胀机转子型线

技术领域

本发明涉及在螺杆膨胀机腔体内共轭运转的一种双螺杆膨胀机转子型线。

背景技术

螺杆膨胀机属于回转式容积设备，能够在比较大的压力与流量范围下，保持高效状态下进行运转，转子型线的好坏是影响膨胀机工作性能的主要因素。而膨胀机就是利用螺杆压缩机的逆原理而工作的，螺杆膨胀机是一种新型高效节能的全动力设备，对入口参数要求不高，螺杆膨胀机不仅能带动风机、膨胀机、水泵，还能驱动发电机发电。由于螺杆膨胀机造价低，适应性强，能适应各种工质，如过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相流体和热水（包括高盐分热水）工质，因此是当今企业节约能源、提高经济效益的途径。现有的螺杆膨胀机的转子的齿形都是利用了螺杆压缩机的型线，不能适应膨胀机热力学性能，尤其不能适应低压比、大流量的螺杆膨胀机。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的上述缺点，而提供的一种用矢量法研制出的能适应低压比、大流量的螺杆膨胀机的新型螺杆膨胀机转子齿型，包括阳转子和与其相啮合的阳转子，它们的齿形曲线由若干段二次曲线连接而成，具有这种齿形的膨胀机，由于能使阳转子与阴转子在工作过程中实现最佳啮合，相邻两段组成齿曲线在连接点出光滑过渡，转子接触线短，成流线型，气动阻力小，具有优良的膨胀机热力学性能，从而提高膨胀机的工作效率，减少机械磨损，并在加工过程中可提高精度，延长刀具的寿命。

本发明采取的技术方案是：一种双螺杆膨胀机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；所述的阴转子齿型线和阳转子齿型线均由多段二次曲线首尾光滑连接而成；所述的曲线包括圆弧、销齿圆弧和圆弧包络线；所述的阴转子和阳转子各齿的多段齿曲线组成如下，其中：

所述的阴转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧A₂B₂、圆弧B₂C₂、销齿圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧F₂G₂；

所述的阳转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧包络线A₁B₁、圆弧包络线B₁C₁、销齿圆弧C₁D₁、圆弧D₁E₁、圆弧包络线E₁F₁、圆弧F₁G₁；

所述的组成阴转子各齿的多段曲线中：

圆弧A₂B₂是以O₅为圆心、R₅为半径的一段圆弧；

圆弧B₂C₂是以O₆为圆心、半径为R₆的一段圆弧，其起点与阴转子节圆相切连接，终点与销齿圆弧C₂D₂光滑连接；

销齿圆弧C₂ D₂ 是以节点为圆心、以阳转子的全齿高R₄为半径的销齿圆弧，其起点与圆弧B₂C₂终点光滑连接；

圆弧包络线D₂E₂是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧D₁E₁运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与销齿圆弧C₂D₂终点光滑连接；

圆弧E₂F₂是由圆心在阴转子节圆内部、半径为n倍阴转子节圆半径的一段圆弧，其中n为大于0、小于等于0.01的正数；该圆弧E₂F₂的起点与圆弧包络线D₂E₂终点光滑连接、终点与阴转子节圆相切连接；

圆弧F₂G₂是阴转子节圆上的一段圆弧，其起点与圆弧E₂F₂的终点光滑连接；

所述的组成阳转子各齿的多段曲线中： 

圆弧包络线A₁B₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧A₂B₂运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；

圆弧包络线B₁C₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧B₂C₂运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；其起点与圆弧包络线A₁B₁的终点光滑连接； 

销齿圆弧C₁D₁是以节点O₄为圆心、以阳转子的全齿高R₄为半径的一段销齿圆弧；其起点与圆弧包络线B₁C₁的终点光滑连接； 

圆弧D₁E₁ 是由圆心在阴转子节圆内部、半径为n倍阴转子节圆半径的的一段圆弧，其中：n为大于0、小于等于0.01的正数；其起点与销齿圆弧C₁D₁光滑连接； 

圆弧包络线E₁F₁是当阳转子节圆沿阴转子齿顶圆作纯滚动时，相对阴转子E₂F₂圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧D₁E₁的终点光滑连接； 

圆弧F₁G₁是阳转子节圆上的一段圆弧，其起点与圆弧包络线E₁F₁的终点光滑连接。

上述一种双螺杆膨胀机转子型线，其中，所述的组成阴转子各齿的多段曲线中，其中圆弧B₂C₂的半径R₆通过余弦定理求得。

上述一种双螺杆膨胀机转子型线，其中，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称形，而且，所述的阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。

本发明由于采用了以上的技术方案，与其他转子型线相比具有以下的优点：

1.由于本发明的阴转子的节圆半径很大，这样即使阴转子的齿厚比较薄，也能使阴转子具有比较大的刚度，具有较小的热变形和弯曲变形；

2.由于阴转子的型线设计成流线型，降低了气流的扰动阻力，降低了损失；

3.型线齿面间光滑连接，型线上无尖点，便于采用滚削加工和检测，流线性好，噪音低；

4.由于本齿形中圆弧与圆弧包络线比较多，使得接触线相对比较短，从而使轴向密封性好，面积利用系数比较大，达到了52.8%，两转子齿数比较少，确保转子的变形量在较高的温度下仍在允许范围之内，尤其适合于低压比大流量的膨胀机；

5.可完全满足膨胀机机组长期、稳定运行。

附图说明

图1是本发明阴转子和阳转子的一种实施例在相互啮合时的示意图。

图2是本发明螺杆膨胀机转子的齿型线示意图，其中a是阴转子的齿形线示意图；b 是本发明阳转子的齿形线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明螺杆膨胀机转子的齿型线作详细的说明：

请参阅图1，并配合参阅图2，其中图1是本发明阴转子和阳转子的一种实施例在相互啮合时的示意图；图2是本发明螺杆膨胀机转子的齿型线示意图，其中a是阴转子的齿形线示意图；b 是本发明阳转子的齿形线示意图。本实施例中所述的螺杆膨胀机转子为双边不对称齿型的阳转子和阴转子, 例如阳转子与阴转子的齿数比为3:5。本实施例所述的阴转子和阳转子端面的各齿形均由六段二次曲线首尾光滑连接而成，所述的曲线包括圆弧、销齿圆弧和圆弧包络线；所述的阴转子和阳转子各齿的多段齿曲线组成如下，其中：所述的阴转子各齿的六段齿曲线包括顺序连接的：圆弧A₂B₂、圆弧B₂C₂、销齿圆弧C₂ D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂以及圆弧F₂G₂；所述的阴转子各齿的六段齿曲线包括顺序连接的：圆弧包络线A₁B₁、圆弧包络线B₁C₁、销齿圆弧C₁D₁、圆弧D₁E₁、圆弧包络线E₁F₁以及圆弧F₁G₁。

图中：O₁是阳转子的轴心，O₂是阴转子的轴心；R₁是阳转子的齿顶圆的半径，R₂是阴转子齿顶圆的半径；O₄是节点； A是两转子的中心距，A=O₁O₂；O₈是阴转子圆弧E₂F₂的圆心，R₈是阴转子圆弧E₂F₂的半径；O₆是阴转子圆弧B₂C₂的圆心，R₆是阴转子圆弧B₂C₂的半径；O₅是阴转子圆弧A₂B₂的圆心，R₅是阴转子圆弧A₂B₂的半径；R₄是阴转子销齿圆弧C₂D₂和阳转子销齿圆弧C₁D₁的半径，等于阳转子全齿高的高度。

请参阅图2，并配合参阅图1，图2中a是本发明阴转子的齿形线示意图，图2中b是本发明阳转子的齿形线示意图。

所述的阴转子齿曲线中A₂B₂圆弧是阴转子节圆上的一段圆弧，由阴转子节圆半径R₄与销齿圆的半径共同决定；阳转子齿曲线中A₁B₁圆弧包络线就是与阴转子齿曲线A₂B₂圆弧共轭的、在阳转子上的一段圆弧包络线。

所述的阴转子齿曲线中B₂C₂是由在阴转子节圆内部的圆心O₆、半径为R₆形成的一段圆弧，该圆弧的半径为R₆可通过余弦定律求得，公式为： (R₆-R₄)²=(O₆x₆)²+( O₆y₆-R₄)²-2×(O₆x₆)×(O₆y₆-R₄)×cos(α)，其中：O₆x₆为从圆心O₆至该阴转子图形的横坐标X的距离；O₆y₆从圆心O₆至该阴转子图形的纵坐标Y的距离；α为(O₆x₆)与(O₄C₂)之间的夹角。该圆弧起点与圆弧A₂B₂光滑连接、终点与圆弧C₂D₂相切连接；阳转子齿曲线中B₁C₁圆弧包络线是当阳转子节圆M沿阴转子节圆F作纯滚动时，由阴转子B₂C₂运动所形成轨迹的包络线，与C₁D₁圆弧相连。

所述的阴转子和阳转子的齿曲线中C₂D₂圆弧、C₁D₁圆弧是分别是以节点O₄为圆心、阳转子全齿高R₄为半径形成的一段圆弧。

所述的阴转子齿曲线中D₂E₂是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子D₁E₁运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；该圆弧包络线D₂E₂的起点与C₂D₂的终点光滑连接，其终点与E₂F₂的起点光滑连接；所述的阳转子的齿曲线D₁E₁ 是由圆心在阴转子节圆内部、半径为n倍阴转子节圆半径的（n为大于0、小于等于0.01的正数）、起点与销齿圆弧C₁D₁光滑连接、终点与圆弧包络线E₁F₁连接的一段圆弧，该圆弧D₁E₁的起点与C₁D₁的终点光滑连接，其终点与 E₁F₁的起点光滑连接。 

所述的阴转子齿曲线中E₂F₂圆弧是由在阴转子节圆内部的圆心O₈、半径为R₈形成的一段圆弧，其起点与圆弧包络线D₂E₂的终点光滑连接，终点与阴转子节圆相切连接。本实施例中，所述半径R₈的取值为阴转子节圆半径R₂ 的n倍，其中n为大于0、小于等于0.01的正数；阳转子齿曲线中E₁F₁是当E₂F₂圆弧沿阴转子节圆F作纯滚动时所形成的轨迹的圆弧包络线，其起点与圆弧D₁E₁的终点光滑相连。

所述的阴转子齿曲线中圆弧F₂G₂是阴转子节圆上的一段圆弧，其起点与圆弧E₂F₂的终点连接，终点与相邻另一齿的圆弧A₂B₂起点光滑连接。阳转子齿曲线中圆弧F₁G₁是阴转子节圆上的一段圆弧，与F₂G₂共轭，其起点与圆弧包络线E₁F₁的终点光滑连接，终点与相邻另一齿的圆弧包络线A₁B₁起点光滑连接。

本发明由于阴转子和阳转子均为由圆弧及其圆弧包络线、以及销齿圆弧二次曲线光滑连接构成，在两转子间完全实现了曲面对曲面的密封，有助于形成流体动力润滑油膜，降低通过接触线的横向泄露，并且该转子具有较大的齿间面积系数和相对较短的接触线，从而提高膨胀机的工作效率，减少机械磨损。特别适用于低压比、大流量的螺杆膨胀机。

Claims (3)

1.一种双螺杆膨胀机转子型线，包括阴转子齿型线和阳转子齿型线；所述的阴转子齿型线和阳转子齿型线均由多段二次曲线首尾光滑连接而成；所述的曲线包括圆弧、销齿圆弧和圆弧包络线；所述的阴转子和阳转子各齿的多段齿曲线组成如下，其中：

所述的阴转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧A₂B₂、圆弧B₂C₂、销齿圆弧C₂D₂、圆弧包络线D₂E₂、圆弧E₂F₂、圆弧F₂G₂；

所述的阳转子各齿的曲线包括顺序连接的：圆弧包络线A₁B₁、圆弧包络线B₁C₁、销齿圆弧C₁D₁、圆弧D₁E₁、圆弧包络线E₁F₁、圆弧F₁G₁；

所述的组成阴转子各齿的多段曲线中：

圆弧A₂B₂是以O₅为圆心、R₅为半径的一段圆弧；

圆弧B₂C₂是以O₆为圆心、半径为R₆的一段圆弧，其起点与阴转子节圆相切连接，终点与销齿圆弧C₂D₂光滑连接；

销齿圆弧C₂ D₂ 是以节点为圆心、以阳转子的全齿高R₄为半径的销齿圆弧，其起点与圆弧B₂C₂终点光滑连接；

圆弧包络线D₂E₂是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧D₁E₁运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与销齿圆弧C₂D₂终点光滑连接；

圆弧E₂F₂是由圆心在阴转子节圆内部、半径为n倍阴转子节圆半径的一段圆弧，其中n为大于0、小于等于0.01的正数；该圆弧E₂F₂的起点与圆弧包络线D₂E₂终点光滑连接、终点与阴转子节圆相切连接；

圆弧F₂G₂是阴转子节圆上的一段圆弧，其起点与圆弧E₂F₂的终点光滑连接；

所述的组成阳转子各齿的多段曲线中： 

圆弧包络线A₁B₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧A₂B₂运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；

圆弧包络线B₁C₁是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧B₂C₂运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；其起点与圆弧包络线A₁B₁的终点光滑连接； 

销齿圆弧C₁D₁是以节点O₄为圆心、以阳转子的全齿高R₄为半径的一段销齿圆弧；其起点与圆弧包络线B₁C₁的终点光滑连接； 

圆弧D₁E₁ 是由圆心在阴转子节圆内部、半径为n倍阴转子节圆半径的的一段圆弧，其中：n为大于0、小于等于0.01的正数；其起点与销齿圆弧C₁D₁光滑连接； 

圆弧包络线E₁F₁是当阳转子节圆沿阴转子齿顶圆作纯滚动时，相对阴转子E₂F₂圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线，其起点与圆弧D₁E₁的终点光滑连接； 

圆弧F₁G₁是阳转子节圆上的一段圆弧，其起点与圆弧包络线E₁F₁的终点光滑连接。

2.根据权利要求1所述的一种双螺杆膨胀机转子型线，其特征在于，所述的组成阴转子各齿的多段曲线中，其中圆弧B₂C₂的半径R₆通过余弦定理求得。

3.根据权利要求1或2所述的一种双螺杆膨胀机转子型线，其特征在于，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称形，而且，所述的阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。

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