CN103603805A

CN103603805A - 双螺杆压缩机转子型线

Info

Publication number: CN103603805A
Application number: CN201310588319.6A
Authority: CN
Inventors: 徐辉; 金宏春; 夏苏建; 蔡建红
Original assignee: NANJING COMPRESSOR CO Ltd
Current assignee: NANJING COMPRESSOR CO Ltd
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-02-26

Abstract

一种双螺杆压缩机转子型线，包括阳转子型线（１）和阴转子型线（２），其特征在于：阳转子和阴转子的齿形是以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、椭圆和椭圆包络线及对滚圆弧二次曲线为基本组成单元的双边不对称齿形。本发明能提高螺杆压缩机主机效率4%，整机组输入比功率达到国家标准一级能效。

Description

双螺杆压缩机转子型线

技术领域

本发明涉及一种压缩机技术，尤其是一种双螺杆压缩机转子结构，具体地说是一种传动平稳、振动和噪音较小的双螺杆压缩机转子型线。

背景技术

双螺杆压缩机转子型线是螺杆压缩机性能的基础，一种好的转子型线从根本上决定了螺杆压缩机的整体性能。阴阳转子型线由数段不同的一次或二次数学曲线如圆弧及圆弧包络线、点（直线）摆线、椭圆及椭圆包络线、抛物线及抛物线包络线等组成，阴阳转子之间每一段相对应的曲线都是根据啮合包络原理解析得出，且不同曲线之间相切连接，光滑过渡。

一种优秀的转子型线要求齿形光滑（流动损失小）、接触线封闭且尽可能短（密封效果好）、泄漏三角形小（减少内泄漏）、磨削加工性好（易于加工）、阴转子负力矩面积小（机械效率高）。当代型线设计已经摒弃了早期的点（直线）摆线（对啮合性、加工性比较敏感）而全部采用光滑的数学曲线（如圆弧、椭圆、抛物线等），将转子密封边侧的密封方式由传统的点（线）－弧线密封转化为弧线－弧线密封带，减少了内泄漏，提高了容积效率。

据申请人所知，目前尚无一种可供推广使用的型线可供设计人员直接采用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的双螺杆压缩机因缺少理想的型线而影响压缩机性能的问题，设计一种传动平稳、能降低振动和噪音的双螺杆压缩机转子型线。

本发明的技术方案是：

一种双螺杆压缩机转子型线，包括阳转子型线１和阴转子型线２，其特征在于：阳转子和阴转子的齿形是以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、椭圆和椭圆包络线及对滚圆弧等二次曲线为基本组成单元的双边不对称齿形。

所述的阳转子由阳转子第一圆弧（Ａ１Ｂ１）、四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）、阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）、阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）、阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）和阳转子第四圆弧（F1G1）六个二次曲线单元构成，阴转子由阴转子第一圆弧包络线（Ａ２Ｂ２）、阴转子椭圆包络线（Ｂ２Ｃ２）、阴转子第一圆弧（Ｃ２Ｄ２）、阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）、阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）和阴转子齿顶圆弧（F2G2）六个二次曲线单元构成，设Om为阳转子中心，Ofm为阴转子中心，A为阴阳转子中心距，Rt1、Rj1、Rb1依次分别为阳转子齿顶圆、节圆、齿根圆，Rt2、Rj2、Rb2依次分别为阴转子齿顶圆、节圆、齿根圆，其中Rt1=（1.42～1.435）A，Rb1＝（0.605～0.615）Rt1，Rt2=A－Rb1，Rb2=A－Rt1，由此阴阳转子齿顶圆及齿根圆直径完全确定；α1为阳转子驱动边夹角，直线OmA1与直线OmOfm夹角，α2为阳转子密封边夹角，直线OmG1与直线OmOfm夹角，β1为阴转子驱动边夹角，直线OfmA2与直线OmOfm夹角，β2为阴转子密封边夹角，直线OmG2与直线OmOfm夹角，且满足下列条件：Z1为阳转子齿数，Z2为阴转子齿数，则有α1＋α2＝360°/Z1，β1＋β2＝360°/Z2，α1：β1＝Z2：Z1，α2：β2＝Z2：Z1，Rj1＝A*Z1/(Z1+Z2), Rj2＝A*Z2/(Z1+Z2)。转子型线的各段数学曲线确切定义如下：阳转子型线组成：①.阳转子第一圆弧（Ａ１Ｂ１）：圆心O1落在以Om为原点，与OmOfm联心线夹角为α1的延长线上，圆弧半径R1=O1B1＝O1A1，此圆弧与阳转子齿根圆Rb1相切于A1点；R1的确定原则如下：O1O2=R1+O2B1=O1Om*sinα1=(R1+Rb1) *sinα1，O2Om=(R1+Rb1) *cosα1，而三角形B1O2Om为直角方程，故满足(O2B1)²+(O2Om)²=(B1Om)²，将各值代入即得到如下方程：（(R1+Rb1) *sinα1－R1）²+((R1+Rb1) *cosα1)²=(B1Om)²，此方程只有R1、B1Om未知，给定B1Om =（1～1.005）Rj1，即可解出R1；②.四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）：中心点O2落在OmOfm联心线上，长轴a为O2C1，O2C1＝OmC1-O2Om=Rt1-O2Om，而O2Om已求出，短轴b为已求出的O2B1；四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）与第一圆弧（A1B1）相切于B1点；③.阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）：圆心O3与阴阳转子节圆切点P重合，半径R3=Rt1-Rj1，与四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）相切于C1点，阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）中心夹角为0.025～0.06弧度单位；④.阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１），圆心O4落在直线PD1上，半径R4={(0.012～0.015)A，1.5}中取大值，与阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）相切于D1点；⑤.阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１），由定义在阴转子上的阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）生成，与阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）相切于E1点；⑥.阳转子第四圆弧（F1G1）由阳转子的一段齿根圆弧组成，弧线长度控制在0.5～1.0mm，此段曲线可视型线创建需要确定是否保留，主要用于改善阳转子齿根密封间隙，与阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）相切于F1点，如无此段，则阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）相切于阳转子齿根圆于F1点；阴转子型线组成：①.第一圆弧包络线（Ａ２Ｂ２）由定义在阳转子上的阳转子第一圆弧（Ａ1Ｂ1）的共轭曲线生成；②.阴转子椭圆包络线（Ｂ２Ｃ２）由定义在阳转子上的椭圆四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）的共轭曲线生成；③.阴转子第一圆弧（Ｃ２Ｄ２）由定义在阳转子上的阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）生成；④.阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）由定义在阳转子上的第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）的共轭曲线生成；⑤.阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）圆心O5落在直线OfmF2上，半径R5=（1.0～1.005）*（Rt2-Rj2），与阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）相切于E2点；由于需要同时满足圆心位置和相切条件，故给定阳转子齿顶圆弧R4以后，R5取值唯一确定；⑥.阴转子齿顶圆弧（F2G2）与阳转子第四圆弧（F1G1）形成对滚圆弧，其啮合点在节点P上，主要用于阴转子外圆控制，改善阴转子齿顶啮合间隙，如无需此段圆弧，则阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）与阴转子齿顶圆相切于F2点。

所述的阳转子和阴转子齿数比为4～6：5～8。

本发明的有益效果：

本发明的型线包括阳转子型线和阴转子型线的型线是由啮合包络原理解析得出的，以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、椭圆和椭圆包络线为基本组成单元的双边不对称齿形，各段曲线之间均光滑相切联接，接触线完全封闭。转子流线形好，彻底消除了齿形中的尖点，接触线长度适中，高压侧的泄漏三角形面积小。生产加工时通过合理设定节圆处间隙，阴阳转子相对运动为纯滚动，不仅传动平稳，更降低了噪声和振动。

以阳转子直径256mm，阴转子直径204.45mm，中心距180mm的转子副为例，通过数值计算比较，本发明的型线较早期的点（直线）摆线型线接触线长度增加了7%，但轴向泄漏投影三角形面积减少51.3%，负力矩面积减少了79%，整个型线段完全消除了尖点，综合性能应有较大提高，该结论通过样机对比试验得到了验证。实际样机对比试验验证证实：在转子基本几何参数完全相同（阴阳转子齿顶、齿根圆直径、中心距、齿数比、转子长度）的基础上，通过在同一试验平台（仅更换压缩机主机），经过新旧两种型线的主机性能对比试验，采用本发明型线的螺杆压缩机主机效率提高了4%，整机输入比功率达到国家标准一级能效。

附图说明

图1是本发明的双螺杆压缩机转子型线啮合状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种新的双螺杆压缩机转子型线，包括阳转子型线１和阴转子型线２，阳转子和阴转子齿数比为4～6：5～8，可根据低、中、高排气压力工况选择4：5、4：6、5：6、5：7、6：7、6：8等不同的组合。阳转子和阴转子的齿形是以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、椭圆和椭圆包络线、对滚圆弧等二次曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，阳转子由Ａ１Ｂ１、Ｂ１Ｃ１、Ｃ１Ｄ１、Ｄ１Ｅ１、Ｅ１Ｆ１、F1G1共五－六个二次曲线单元构成（五段曲线时F1G1可省去），阴转子由Ａ２Ｂ２、Ｂ２Ｃ２、Ｃ２Ｄ２、Ｄ２Ｅ２、Ｅ２Ｆ２、F2G2共五－六个二次曲线单元构成（五段曲线时F2G2可省去），其中Om为阳转子中心，Ofm为阴转子中心，A为阴阳转子中心距，Rt1、Rj1、Rb1依次分别为阳转子齿顶圆、节圆、齿根圆，Rt2、Rj2、Rb2依次分别为阴转子齿顶圆、节圆、齿根圆，其中Rt1=（1.42～1.435）A，Rb1＝（0.605～0.615）Rt1，Rt2=A－Rb1，Rb2=A－Rt1，由此阴阳转子齿顶圆及齿根圆直径完全确定。α1为阳转子驱动边夹角（直线OmA1与直线OmOfm夹角），α2为阳转子密封边夹角（直线OmG1与直线OmOfm夹角），β1为阴转子驱动边夹角（直线OfmA2与直线OmOfm夹角），β2为阴转子密封边夹角（直线OmG2与直线OmOfm夹角），且满足下列条件：Z1为阳转子齿数，Z2为阴转子齿数，则有α1＋α2＝360°/Z1，β1＋β2＝360°/Z2，α1：β1＝Z2：Z1，α2：β2＝Z2：Z1，Rj1＝A*Z1/(Z1+Z2), Rj2＝A*Z2/(Z1+Z2)。转子型线的各段数学曲线具体定义如下：阳转子型线组成：Ａ１Ｂ１：圆弧，圆心O1落在以Om为原点，与OmOfm联心线夹角为α1的延长线上，圆弧半径R1=O1B1＝O1A1，此圆弧与阳转子齿根圆Rb1相切于A1点。R1的确定原则如下：O1O2=R1+O2B1=O1Om*sinα1=(R1+Rb1) *sinα1，O2Om=(R1+Rb1) *cosα1，而三角形B1O2Om为直角方程，故满足(O2B1)²+(O2Om)²=(B1Om)²，将各值代入即得到如下方程：（(R1+Rb1) *sinα1－R1）²+((R1+Rb1) *cosα1)²=(B1Om)²，给定B1Om取值（OmB1 =（1～1.005）Rj1），即可解出R1（其余值均已知）；Ｂ１Ｃ１：为四分之一椭圆，中心点O2落在OmOfm联心线上，长轴a为O2C1（O2C1＝OmC1-O2Om=Rt1-O2Om，而O2Om已求出），短轴b为O2B1（已求出）。椭圆与圆弧A1B1相切于B1点；Ｃ１Ｄ１：圆弧，圆心O3与阴阳转子节圆切点P重合，半径R3=Rt1-Rj1，与B1C1相切于C1点，弧线C1D1中心夹角为0.025～0.06弧度单位；Ｄ１Ｅ１：圆弧，圆心O4落在直线PD1上，半径R4={(0.012～0.015)A，1.5}中取大值，与C1D1相切于D1点；Ｅ１Ｆ１：圆弧包络线，由定义在阴转子上的圆弧段E２Ｆ２生成，与D1E1相切于E1点；F1G1：圆弧，由阳转子的一段齿根圆弧组成，弧线长度控制在0.5~1.0mm，此段曲线可视型线创建需要确定是否保留，主要用于改善阳转子齿根密封间隙，与E1F1相切于F1点。如无此段，则E1F1相切于阳转子齿根圆于F1点；阴转子型线组成：Ａ２Ｂ２：圆弧包络线，由定义在阳转子上的圆弧Ａ1Ｂ1的共轭曲线生成；Ｂ２Ｃ２：椭圆包络线，由定义在阳转子上的椭圆Ｂ1Ｃ1的共轭曲线生成；Ｃ２Ｄ２：圆弧，由定义在阳转子上的C1Ｄ1生成；Ｄ２Ｅ２：圆弧包络线，由定义在阳转子上的圆弧D1E1的共轭曲线生成；Ｅ２Ｆ２：圆弧，其圆心O5落在直线OfmF2上，半径R5=（1.0～1.005）*（Rt2-Rj2），与圆弧包络线Ｄ２Ｅ２相切于E2点。由于需要同时满足圆心位置和相切条件，故给定阳转子齿顶圆弧R4以后，R5取值唯一确定；F2G2，阴转子齿顶圆弧，与F1G1形成对滚圆弧，其啮合点在节点P上，主要用于阴转子外圆控制，改善阴转子齿顶啮合间隙，如无需此段圆弧，则E2F2与阴转子齿顶圆相切于F2点。至此，阴、样转子端面齿形所包含的曲线全部构建并表达出来。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种双螺杆压缩机转子型线，包括阳转子型线（１）和阴转子型线（２），其特征在于：阳转子和阴转子的齿形是以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、椭圆和椭圆包络线及对滚圆弧二次曲线为基本组成单元的双边不对称齿形。

2.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机转子型线，其特征是所述的阳转子由阳转子第一圆弧（Ａ１Ｂ１）、四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）、阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）、阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）、阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）和阳转子第四圆弧（F1G1）六个二次曲线单元构成，阴转子由阴转子第一圆弧包络线（Ａ２Ｂ２）、阴转子椭圆包络线（Ｂ２Ｃ２）、阴转子第一圆弧（Ｃ２Ｄ２）、阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）、阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）和阴转子齿顶圆弧（F2G2）六个二次曲线单元构成，设Om为阳转子中心，Ofm为阴转子中心，A为阴阳转子中心距，Rt1、Rj1、Rb1依次分别为阳转子齿顶圆、节圆、齿根圆，Rt2、Rj2、Rb2依次分别为阴转子齿顶圆、节圆、齿根圆，其中Rt1=（1.42～1.435）A，Rb1＝（0.605～0.615）Rt1，Rt2=A－Rb1，Rb2=A－Rt1，由此阴阳转子齿顶圆及齿根圆直径完全确定；α1为阳转子驱动边夹角，直线OmA1与直线OmOfm夹角，α2为阳转子密封边夹角，直线OmG1与直线OmOfm夹角，β1为阴转子驱动边夹角，直线OfmA2与直线OmOfm夹角，β2为阴转子密封边夹角，直线OmG2与直线OmOfm夹角，且满足下列条件：Z1为阳转子齿数，Z2为阴转子齿数，则有α1＋α2＝360°/Z1，β1＋β2＝360°/Z2，α1：β1＝Z2：Z1，α2：β2＝Z2：Z1，Rj1＝A*Z1/(Z1+Z2), Rj2＝A*Z2/(Z1+Z2)；

转子型线的各段数学曲线确切定义如下：阳转子型线组成：①.阳转子第一圆弧（Ａ１Ｂ１）：圆心O1落在以Om为原点，与OmOfm联心线夹角为α1的延长线上，圆弧半径R1=O1B1＝O1A1，此圆弧与阳转子齿根圆Rb1相切于A1点；R1的确定原则如下：O1O2=R1+O2B1=O1Om*sinα1=(R1+Rb1) *sinα1，O2Om=(R1+Rb1) *cosα1，而三角形B1O2Om为直角方程，故满足(O2B1)²+(O2Om)²=(B1Om)²，将各值代入即得到如下方程：（(R1+Rb1) *sinα1－R1）²+((R1+Rb1) *cosα1)²=(B1Om)²，此方程只有R1、B1Om未知，给定B1Om =（1～1.005）Rj1，即可解出R1；②.四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）：中心点O2落在OmOfm联心线上，长轴a为O2C1，O2C1＝OmC1-O2Om=Rt1-O2Om，而O2Om已求出，短轴b为已求出的O2B1；四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）与第一圆弧（A1B1）相切于B1点；③.阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）：圆心O3与阴阳转子节圆切点P重合，半径R3=Rt1-Rj1，与四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）相切于C1点，阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）中心夹角为0.025～0.06弧度单位；④.阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１），圆心O4落在直线PD1上，半径R4={(0.012～0.015)A，1.5}中取大值，与阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）相切于D1点；⑤.阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１），由定义在阴转子上的阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）生成，与阳转子第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）相切于E1点；⑥.阳转子第四圆弧（F1G1）由阳转子的一段齿根圆弧组成，弧线长度控制在0.5～1.0mm，此段曲线可视型线创建需要确定是否保留，主要用于改善阳转子齿根密封间隙，与阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）相切于F1点，如无此段，则阳转子圆弧包络线（Ｅ１Ｆ１）相切于阳转子齿根圆于F1点；阴转子型线组成：①.第一圆弧包络线（Ａ２Ｂ２）由定义在阳转子上的阳转子第一圆弧（Ａ1Ｂ1）的共轭曲线生成；②.阴转子椭圆包络线（Ｂ２Ｃ２）由定义在阳转子上的椭圆四分之一椭圆（Ｂ１Ｃ１）的共轭曲线生成；③.阴转子第一圆弧（Ｃ２Ｄ２）由定义在阳转子上的阳转子第二圆弧（Ｃ１Ｄ１）生成；④.阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）由定义在阳转子上的第三圆弧（Ｄ１Ｅ１）的共轭曲线生成；⑤.阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）圆心O5落在直线OfmF2上，半径R5=（1.0～1.005）*（Rt2-Rj2），与阴转子第二圆弧包络线（Ｄ２Ｅ２）相切于E2点；由于需要同时满足圆心位置和相切条件，故给定阳转子齿顶圆弧R4以后，R5取值唯一确定；⑥.阴转子齿顶圆弧（F2G2）与阳转子第四圆弧（F1G1）形成对滚圆弧，其啮合点在节点P上，主要用于阴转子外圆控制，改善阴转子齿顶啮合间隙，如无需此段圆弧，则阴转子第二圆弧（Ｅ２Ｆ２）与阴转子齿顶圆相切于F2点。

3.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机转子型线，其特征是所述的阳转子和阴转子齿数比为4～6：5～8。