CN102900672B - 无油螺杆压缩机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无油螺杆压缩机的转子，包括阳转子和阴转子，转子齿形为双边不对称型，阴转子端面型线包括五段圆弧、一段圆弧包络线和一段椭圆包络线，阳转子端面型线包括五段圆弧、一段圆弧包络线和一段椭圆。设计齿型线，使得齿型相邻曲线在连接点光滑过渡，而且齿型面积利用系数更大。

Description

无油螺杆压缩机的转子

技术领域

本发明涉及一种无油螺杆压缩机的转子，尤其是涉及改进端面齿型的无油螺杆压缩机的转子。

背景技术

随着螺杆压缩机的技术水平不断成熟，其应用领域已逐渐由空气动力、制冷空调拓展到石油、化工、煤炭、钢铁等工艺气领域。螺杆压缩机转子设计中，最重要的是设计型线，它决定了螺杆压缩机的性能好坏。目前针对工艺气领域开发的无油螺杆压缩机齿型由点、摆线、圆弧组成等组成，型线往往存在尖点，加工较为困难，转速较高时产生较大的流体动力损失；其次，型线的面积利用系数一般在0.5左右，在高压工况下具有很好的刚性，但用于低压工况则存在容积流量偏小的缺点，用于低压大流量场合需要采用更大的转子直径，成本偏高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无油螺杆压缩机的转子，其齿型相邻曲线在连接点光滑过渡，而且齿型面积利用系数更大。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种无油螺杆压缩机的转子，所述转子包含阳转子和阴转子，其中阴阳转子中心距为A，阴转子节圆半径为r_2t，阳转子节圆半径为r_1t，阴转子和阳转子的直径为D₀，转子齿高半径为r，齿顶圆半径为r₀，其中：

A＝r_1t+r_2t

D₀＝r_2t+r₀＝r_1t+r

阴转子型线由曲线段A₂B₂、B₂C₂、C₂D₂、D₂E₂、E₂F₂、F₂G₂、G₂H₂组成，阳转子型线由曲线段A₁B₁、B₁C₁、C₁D₁、D₁E₁、E₁F₁、F₁G₁、G₁H₁组成，每一曲线段由起点和终点的点的组合命名；

其中，阴转子的型线组成如下：第一段齿曲线A₂B₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₄，半径为r₀；第二段齿曲线B₂C₂为一段椭圆弧，其中心在节圆交点P，短轴端点为C₂，椭圆弧与阴转子节圆交于点B₂，椭圆弧在点B₂的切线通过阴转子中心O₂；第三段齿曲线C₂D₂为一段圆弧，其圆心在节圆交点P，半径为r，角度为t_D2，点C₂在转子中心线O₁O₂上；第四段齿曲线D₂E₂为一段圆弧包络线，与阳转子齿曲线D₁E₁互为共轭曲线；第五段齿曲线E₂F₂为一段圆弧，该圆弧在点E₂与齿曲线D₂E₂相切，与阴转子节圆交于点F₂，圆弧在点F₂处的切线通过阴转子中心O₂；第六段齿曲线F₂G₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₇，半径为r₀；第七段齿曲线G₂H₂为一段圆弧，其圆心在阴转子中心O₂，半径为r_2t+r₀，O₂H₂的连线与O₂A₂的连线夹角为72°；

阳转子的型线组成如下：第一段齿曲线A₁B₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₃，半径为r₀；第二段齿曲线B₁C₁为一段椭圆包络线，与阴转子齿曲线B₂C₂互为共轭曲线，其端点C₁与阴转子齿曲线上点C₂重合；第三段齿曲线C₁D₁为一段圆弧，与阴转子齿曲线C₂D₂重合；第四段齿曲线D₁E₁为一段圆弧，其中心在PD₁的连线上点O₅，角度为t_E1；第五段齿曲线E₁F₁为一段圆弧包络线，与阴转子齿曲线E₂F₂互为共轭曲线，其端点F₁位于阳转子节圆上；第六段齿曲线F₁G₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₆，半径为r₀；第七段齿曲线G₁H₁为一段圆弧，其圆心在阳转子中心O₁，半径为r_1t-r₀，O₁H₁的连线与O₁A₁的连线夹角为120°。

在本发明的一实施例中，根据共轭关系，阴转子节圆半径阳转子节圆半径

在本发明的一实施例中，齿高半径r取(0.43～0.45)r_2t，r₀由r₀＝r_1t+r-r_2t获得。

在本发明的一实施例中，直线段O₂E₂的长度取(0.96～0.97)r_2t。

在本发明的一实施例中，PD₂与O₁O₂的夹角t_D2为8～10°。

本发明所提出的无油螺杆压缩机转子，其齿型相邻曲线在连接点光滑过渡，气体阻力小，在高转速下仍然有较好的动力性能；同时齿型面积利用系数可以达到0.58，在相同转子直径下，气量超过现有无油螺杆压缩机16％，非常适合工艺气领域市场广阔的低压大流量场合。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明一实施例的无油螺杆压缩机转子的齿型总体示意图。

图2是本发明一实施例的无油螺杆压缩机转子的齿型详细示意图。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的无油螺杆压缩机转子的齿型总体示意图。转子包括阴转子20和阳转子10。阴转子20的中心为O₂，阳转子10的中心为O₁。转子节圆交点为P。

阴阳转子中心距为A，阴转子节圆半径为r_2t，阳转子节圆半径为r_1t，阴转子和阳转子的直径均为D₀。转子齿高半径为r，齿顶圆半径为r₀。上述这些参数满足：

A＝r_1t+r_2t

D₀＝r_2t+r₀＝r_1t+r

根据图1作出的螺杆压缩机转子齿型，阴转子型线由A₂B₂、B₂C₂、C₂D₂、D₂E₂、E₂F₂、F₂G₂、G₂H₂，阳转子型线由A₁B₁、B₁C₁、C₁D₁、D₁E₁、E₁F₁、F₁G₁、G₁H₁组成。如图2所示的，每一曲线段由起点和终点的点的组合命名。

在本发明的一实施例中，按以下步骤来生成转子齿型：

(1)确定压缩机阴阳转子中心距A：根据共轭关系，阴转子节圆半径，阳转子节圆半径

(2)确定齿高半径r和齿顶圆半径r₀，为了获得较大的齿间面积利用系数，齿高半径r取(0.43～0.45)r_2t，r₀可由r₀＝r_1t+r-r_2t获得。

(3)生成齿曲线C₂D₂和C₁D₁：齿曲线C₂D₂和C₁D₁均为以P为中心，半径为r的圆弧，PD₂与O₁O₂的夹角t_D2取(8～10°)，便于阳转子齿顶镶嵌密封筋，适应无油螺杆压缩机的高温工况。

(4)生成齿曲线D₁E₁和D₂E₂，齿曲线D₁E₁为圆弧，中心O₅在连线PD₂上，半径为r₁取(0.43～0.45)r，O₅E₁与O₅D₁夹角t_E1由D₁E₁的共轭齿曲线D₂E₂端点E2位置确定。根据齿曲线D₁E₁求出共轭齿曲线D₂E₂。

在一实施例中，为了减小泄露三角形面积，同时保证E₂F₂能与齿顶圆F₂G₂光滑过渡，直线段O₂E₂的长度取(0.96～0.97)r_2t，根据这个条件来确定t_E1。

(5)生成齿曲线E₂F₂和E₁F₁：齿曲线E₂F₂为圆弧，与齿曲线D₂E₂在E₂点相切，与齿顶圆弧F₂G₂在点F₂相切。作齿曲线D₂E₂在点E₂的法线，由相切关系，圆弧E₂F₂的圆心点O₈位于该法线上。由相切条件，O₈F₂与O₂F₂垂直，由该条件可确定圆弧圆弧E₂F₂的半径，并依此作出圆弧E₂F₂。根据齿曲线E₂F₂求出共轭齿曲线E₁F₁。

(6)生成齿曲线F₂G₂和F₁G₁：齿曲线F₂G₂为圆弧，圆心在阴转子节圆上，半径为r₀，与圆弧且于点F₂。齿曲线F₁G₁为圆弧，圆心在阳转子节圆上，半径为r₀，与圆弧且于点F₁。

(7)生成齿曲线B₂C₂和B₁C₁：齿曲线B₂C₂为椭圆弧，其中心在节圆交点P，短轴端点为C₂，短轴长度为r，长轴长度由相切条件确定：椭圆弧B₂C₂在点B₂的切线通过阴转子中心O₂。根据齿曲线B₂C₂求出共轭齿曲线B₁C₁。

(8)生成齿曲线A₂B₂和A₁B₁：齿曲线A₂B₂为圆弧，圆心在阴转子节圆上，半径为r₀，与圆弧且于点A₂。齿曲线A₁B₁为圆弧，圆心在阳转子节圆上，半径为r₀，与圆弧且于点A₁。

(9)生成齿曲线G₂H₂和G₁H₁：齿曲线G₂H₂为圆弧，圆心在阴转子中心，半径为r_2t，O₂H₂的连线与O₂A₂的连线夹角为72°。齿曲线G₁H₁为圆弧，圆心在阴转子中心，半径为r_1t，O₁H₁的连线与O₁A₁的连线夹角为72°。

依据上述步骤所生成的转子齿型为双边不对称型，阴转子端面型线包括五段圆弧、一段圆弧包络线和一段椭圆包络线，阳转子端面型线包括五段圆弧、一段圆弧包络线和一段椭圆。齿曲线的具体组成如下：

(1)阴转子20的型线组成：

阴转子第一段齿曲线A₂B₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₄，半径为r₀。

阴转子第二段齿曲线B₂C₂为一段椭圆弧，其中心在节圆交点P，短轴端点为C₂，椭圆弧与阴转子节圆交于点B₂，椭圆弧在点B₂的切线通过阴转子中心O₂。

阴转子第三段齿曲线C₂D₂为一段圆弧，其圆心在节圆交点P，半径为r，角度为t_D2，点C₂在转子中心线O₁O₂上。

阴转子第四段齿曲线D₂E₂为一段圆弧包络线，与阳转子齿曲线D₁E₁互为共轭曲线。

阴转子第五段齿曲线E₂F₂为一段圆弧，该圆弧在点E₂与齿曲线D₂E₂相切，与阴转子节圆交于点F₂，圆弧在点F₂处的切线通过阴转子中心O₂。

阴转子第六段齿曲线F₂G₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₇，半径为r₀。

阴转子第七段齿曲线G₂H₂为一段圆弧，其圆心在阴转子中心O₂，半径为r_2t+r₀，O₂H₂的连线与O₂A₂的连线夹角为72°。

(2)阳转子10的型线组成：

阳转子第一段齿曲线A₁B₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₃，半径为r₀。

阳转子第二段齿曲线B₁C₁为一段椭圆包络线，与阴转子齿曲线B₂C₂互为共轭曲线，其端点C₁与阴转子齿曲线上点C₂重合。

阳转子第三段齿曲线C₁D₁为一段圆弧，与阴转子齿曲线C₂D₂重合。

阳转子第四段齿曲线D₁E₁为一段圆弧，其中心在PD₁的连线上点O₅，角度为t_E1。

阳转子第五段齿曲线E₁F₁为一段圆弧包络线，与阴转子齿曲线E₂F₂互为共轭曲线，其端点F₁位于阳转子节圆上。

阳转子第六段齿曲线F₁G₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₆，半径为r₀。

阳转子第七段齿曲线G₁H₁为一段圆弧，其圆心在阳转子中心O₁，半径为r_1t-r₀，O₁H₁的连线与O₁A₁的连线夹角为120°。

这样，阴转子20的各个线段所连成的齿曲线A₂-B₂-C₂-D₂-E₂-F₂-G₂-H₂平滑曲线。同样，阳转子10的各个线段所连成的齿曲线，A₁-B₁-C₁-D₁-E₁-F₁-G₁-H₁也为平滑曲线。

螺杆压缩机的面积利用系数C_n1由下式确定：

$C_{n1}=\frac{z_1(A_{01}+A_{02})}{{D_0}^2}$

其中z₁为阳转子齿数，A₀₁、A₀₂分别为阴阳转子端面齿间面积。本发明的转子齿型采用较大的齿高半径，使得A₀₁、A₀₂及分别达到0.1045D₀ ²、0.0894D₀ ²，面积利用系数C_n1超过0.58，在相同转子直径下，气量增加明显。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种无油螺杆压缩机的转子，所述转子包含阳转子和阴转子，其中阴阳转子中心距为A，阴转子节圆半径为r_2t，阳转子节圆半径为r_1t，阴转子和阳转子的直径为D₀，转子齿高半径为r，齿顶圆半径为r₀，其中：

A＝r_1t+r_2t

D₀＝r_2t+r₀＝r_1t+r

所述阴转子型线由曲线段A₂B₂、B₂C₂、C₂D₂、D₂E₂、E₂F₂、F₂G₂、G₂H₂组成，所述阳转子型线由曲线段A₁B₁、B₁C₁、C₁D₁、D₁E₁、E₁F₁、F₁G₁、G₁H₁组成，每一曲线段由起点和终点的点的组合命名；

其中，阴转子的型线组成如下：

第一段齿曲线A₂B₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₄，半径为r₀；

第二段齿曲线B₂C₂为一段椭圆弧，其中心在节圆交点P，短轴端点为C₂，椭圆弧与阴转子节圆交于点B₂，椭圆弧在点B₂的切线通过阴转子中心O₂；

第三段齿曲线C₂D₂为一段圆弧，其圆心在节圆交点P，半径为r，角度为t_D2，点C₂在转子中心线O₁O₂上；

第四段齿曲线D₂E₂为一段圆弧包络线，与阳转子齿曲线D₁E₁互为共轭曲线；

第五段齿曲线E₂F₂为一段圆弧，该圆弧在点E₂与齿曲线D₂E₂相切，与阴转子节圆交于点F₂，圆弧在点F₂处的切线通过阴转子中心O₂；

第六段齿曲线F₂G₂为一段1/4圆弧，其圆心在阴转子节圆上点O₇，半径为r₀；

第七段齿曲线G₂H₂为一段圆弧，其圆心在阴转子中心O₂，半径为r_2t+r₀，O₂H₂的连线与O₂A₂的连线夹角为72°；

阳转子的型线组成如下：

第一段齿曲线A₁B₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₃，半径为r₀；

第二段齿曲线B₁C₁为一段椭圆包络线，与阴转子齿曲线B₂C₂互为共轭曲线，其端点C₁与阴转子齿曲线上点C₂重合；

第三段齿曲线C₁D₁为一段圆弧，与阴转子齿曲线C₂D₂重合；

第四段齿曲线D₁E₁为一段圆弧，其中心在PD₁的连线上点O₅，角度为t_E1；

第五段齿曲线E₁F₁为一段圆弧包络线，与阴转子齿曲线E₂F₂互为共轭曲线，其端点F₁位于阳转子节圆上；

第六段齿曲线F₁G₁为一段1/4圆弧，其圆心在阳转子节圆上点O₆，半径为r₀；

第七段齿曲线G₁H₁为一段圆弧，其圆心在阳转子中心O₁，半径为r_1t-r₀，O₁H₁的连线与O₁A₁的连线夹角为120°。

2.如权利要求1所述的无油螺杆压缩机的转子，其特征在于，

根据共轭关系，阴转子节圆半径阳转子节圆半径

3.如权利要求1所述的无油螺杆压缩机的转子，其特征在于，齿高半径r取(0.43～0.45)r_2t，r₀由r₀＝r_1t+r-r_2t获得。

4.如权利要求1所述的无油螺杆压缩机的转子，其特征在于，直线段O₂E₂的长度取(0.96～0.97)r_2t。

5.如权利要求1所述的无油螺杆压缩机的转子，其特征在于，PD₂与O₁O₂的夹角t_D2为8～10°。