CN104564673A - 一种蒸汽螺杆压缩机端面齿形 - Google Patents

Abstract

蒸汽螺杆压缩机转子齿形设计的特殊性在于，能适应高温蒸汽压缩的工况，转子的热膨胀变形要小而均匀，面积利用系数应尽可能大。本发明提供了一种新型蒸汽螺杆压缩机端面齿形。本发明的技术特征是：转子端面齿形由圆弧性质、椭圆性质、渐开线性质的型线以及它们的包络线，分六段组成，阳阴转子的齿数比为5∶6，相邻两段型线在连接点处光滑过渡，过流面积大。特别是，在型线配置中增加了渐开线，使齿形的热膨胀变形小而均匀，面积利用系数增大。

Description

一种蒸汽螺杆压缩机端面齿形

1技术领域

本发明涉及蒸汽螺杆压缩机的关键技术：压缩机齿形的设计。蒸汽螺杆压缩机主要应用领域为，食品和饮料工业(牛奶、乳清、糖溶液的蒸发)、化学工业(水溶液的蒸发)、制盐工业(盐溶液的蒸发)、环保工业(废水的浓缩)等。 

2背景技术

在高温蒸汽压缩工况条件下，螺杆压缩机齿形的优劣将直接影响到压缩机的性能和稳定运行。螺杆压缩机齿形是否能很好的适用于高温蒸汽压缩工况，主要取决于齿形的耐高温性。具体表现在齿形上各段形线的种类和搭配、阳阴转子的齿数比。齿形上各段形线的种类和搭配的不同，将引起高温工况下齿形变形的不同、面积利用系数的不同。阳阴转子齿数比的不同，将引起高温工况下转子刚度的不同、面积利用系数的不同。这些力学参数、几何参数的不同，将直接影响到压缩机的性能和运行的稳定性。 

3发明内容

本发明涉及在蒸汽螺杆压缩机转子腔内，共轭啮合运转的一对螺杆转子的端面齿形。 

本发明的任务是，设计出一种能适用于压缩高温蒸汽的螺杆压缩机转子齿形，使转子在高温蒸汽工况下，热膨胀变形小、均匀，在保持足够刚度的情况下，具有较大的面积利用系数。 

在本发明的蒸汽螺杆压缩机转子端面齿形上，采用销齿圆弧c₂d₂段、渐开线b₂c₂段、椭圆a₂b₂的组合方案，相对于没有渐开线的销齿圆弧、椭圆的组合方案，其优点是减小了单个齿的圆周方向宽度，扩大了齿槽面积，增加了面积利用系数，从而在高温工况下，减小了单个齿的热膨胀变形，也使热膨胀变形变得均匀，减小了高温下的齿形误差，使压缩机在高温工况下能稳定运行。 

在本发明的蒸汽螺杆压缩机转子端面齿形上，阳、阴转子的齿数比采用5：6的方案。对于小齿数的方案，例如阳、阴转子的齿数比为3：4，其齿形刚度小，在高温蒸汽工况下，热膨胀变形大。对于大齿数的方案，例如阳、阴转子的齿数比为6：8，齿形刚度较好，但面积利用系数较小。而本发明的阳、阴转子的齿数比为5：6的方案，兼顾了上述两种方案的优点，使转子的刚度较好，热膨胀变形较小，面积利用系数较大。 

4附图说明

图1是蒸汽螺杆压缩机阴阳转子端面齿形。 

根据图1所示的蒸汽螺杆压缩机阴阳转子端面齿形，阴转子(F)的型线由a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂、f₂g₂六段组成，阳转子(M)的型线由a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁、f₁g₁六段组成。 

本发明分别采用六段形线组成阴、阳转子端面齿形。以阴、阳转子中心距A的不同尺寸来构成螺杆压缩机的阴、阳转子的齿形系列，各段形线之间的连接是光滑过渡的。阴转子(F)和阳转子(M)的形线组成如下。 

阴转子(F)的形线组成(见图1)： 

a₂b₂段：是椭圆，其长轴或短轴落在半径o₂a₂上。 

b₂c₂段：是渐开线，其基圆的圆心为o₂点，半径为o₂p₂。 

c₂d₂段：是销齿圆弧，其圆心在节点p上。 

d₂e₂段：是圆弧d₁e₁的圆弧包络线。 

e₂f₂段：是圆心在o₃点的圆弧。 

f₂g₂段：是一段阴转子的齿顶圆弧。 

阳转子(M)的形线组成(见图1)： 

a₁b₁段：是阴转子(F)上椭圆a₂b₂的椭圆包络线。 

b₁c₁段：是与阴转子(F)上渐开线b₂c₂共轭的渐开线。 

c₁d₁段：是销齿圆弧，其圆心在节点p上，与阴转子(F)上销齿圆弧c₂d₂段共轭。 

d₁e₁段：是圆心在o₄点的圆弧。 

e₁f₁段：是圆弧e₂f₂的圆弧包络线。 

f₁g₁段：是圆心在o₁点的圆弧，与阴转子(F)上圆弧f₂g₂段共轭。 

阴转子(F)的d₂e₂段与e₂f₂段的连接点e₂点处，两曲线有公切线。e₂点在阴转子节圆(F_j)内，线段o₂e₂的长度选择为0.97R_2j～0.99R_2j。e₂f₂段的圆心o₃点在节圆(F_j)内。 

阳转子(M)的d₁e₁段与e₁f₁段的连接点e₁点上，两曲线有公切线。圆弧d₁e₁段的半径d₁o₄线段的长度为0.1R1～0.2R₁。 

阴转子(F)与阳转子(M)上的圆弧c₂d₂段与c₁d₁段的半径(R₁-R_1j)满足如下条件：(R₁-R_1j)／R₂=0.43～0.55。 

另外，在上述未提到的阴、阳转子的相邻曲线的连接点处，相邻曲线有公切线，即所有相邻曲线都是光滑过渡的 

阴阳转子端面齿形的中心距为A。阳转子齿数为5，阴转子齿数为6。确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A=R_1j+R_2j，R_1j／R_2j=5／6。确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)／R₂=0.02～0.03。确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)／R₂=0.43～0.55。 

本发明的蒸汽螺杆压缩机转子端面齿形上的，销齿圆弧c₂d₂段、渐开线b₂c₂段、椭圆a₂b₂的组合方案，相对于没有渐开线的销齿圆弧、椭圆的组合方案，其优点是减小了单个齿的圆周方向宽度，增加了面积利用系数，从而在高温工况下，减小了单个齿的热膨胀变形，也使热膨胀变形变得均匀，减小了高温下的齿形误差，使压缩机在高温工况下能稳定运行。 

5具体实施方式

下面就附图对转子端面齿形的构建作详细说明。 

图1是蒸汽螺杆压缩机阴阳转子端面齿形。 

根据图1所示的蒸汽螺杆压缩机阴阳转子端面齿形，阴转子(F) 的型线由a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂、f₂g₂六段组成，阳转子(M)的型线由a₁b₁、b₁C₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁、f₁g₁六段组成。 

首先，确定阴阳转子端面齿形的中心距A。本专利选择阳转子齿数为5，阴转子齿数为6。然后，确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A=R_1j+R_2j，R_1j／R_2j=5／6。然后，确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)／R₂=0.02～0.03。然后，确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)／R₂=0.43～0.55。 

在阳阴转子中心连线o₁o₂上，在阳齿顶圆与线段o₁o₂的交点d₁与阳转子中心o₁之间，靠近d₁点附近取o₄点，使d₁o₄线段的长度为0.1R₁～0.2R₁。然后，以o₄点为圆心，以d₁o₄线段为半径，作圆弧d₁e₁，e₁点的位置如何确定在后面说明。 

将阳转子节圆M_j在阴转子节圆F_j上作纯滚动，阳转子节圆M_j的自转角速度与公转角速度之比为6／5，固结在阳转子上的圆弧d₁e₁的轨迹就能形成一条圆弧包络线d₂e₂(见图1)，其中，e₂点与e₁点啮合，d₂点与d₁点啮合。e₂点是圆弧包络线d₂e₂与圆心在o₂点半径为线段o₂e₂长的圆弧的交点，线段o₂e₂的长度选择为0.97R_2j～0.99R_2j。e₂点位置确定后，e₁点的位置也就确定了。 

在e₂点作d₂e₂包络线的法线e₂o₃，在法线e₂o₃上选择一点o₃，使得以o₃点为中心以线段o₃e₂长为半径所作的圆弧e₂f₂，与d₂e₂包络线相切于e₂点，与阴转子齿顶圆相切于f₂点(见图1)。注意，o₃点必须落在阴转子节圆F_j内。这样，阴转子齿形上的圆弧 e₂f₂段就确定了。 

在阴转子齿顶圆上选择一段圆弧f₂g₂(见图1)，圆弧f₂g₂的弧长选为0～1.5毫米。 

过o₂点作半径o₂a₂(a₂点在阴转子齿顶圆上)，使半径o₂a₂与直线o₂g₂的夹角为60°(见图1)。以阴转子节圆F_j与阳转子节圆M_j的交点p(节点)为圆心，以线段pd₁长为半径，作圆弧c₂d₂(圆弧c₁d₁与圆弧c₂d₂重合)，使o₂c₂长为0.7R₂～0.75R₂(c₁点与c₂点重合)。 

以o₂为圆心做圆，使该圆与pc₂连线相切于p₂点(见图1)，以该圆为渐开线的基圆，以c₂点为渐开线的起点，作渐开线c₂b₂，使o₂b₂长为0.8R₁～0.85R₂。 

过b₂、a₂点作椭圆，使椭圆的长轴或短轴落在半径o₂a₂上，并使椭圆在b₂点的法线与渐开线c₂b₂在b₂点的法线重合(见图1)。 

到此为止，我们完成了阴转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂、f₂g₂。整个阴转子端面齿形由6个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。 

现在着手完成阳转子端面齿形的构建工作。 

圆弧d₁e₁的构建工作，前面已经完成。 

将阴转子节圆F_j在阳转子节圆M_j上作纯滚动，阴转子节圆F_j的自转角速度与公转角速度之比为5／6，固结在阴转子上的圆 弧e₂f₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线e₁f₁(见图1)。其中，f₁点与f₂点啮合，e₁点与e₂点啮合。同时，固结在阴转子上的圆弧f₂g₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线f₁g₁(见图1)。圆弧包络线f₁g₁是以o₁点为圆心的圆弧。啮合关系为：g₁点与g₂点啮合，f₁点与f₂点啮合。同时，固结在阴转子上的椭圆a₂b₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线a₁b₁(见图1)。啮合关系为：a₁点与a₂点啮合，b₁点与b₂点啮合。同时，固结在阴转子上的渐开线b₂c₂的运动轨迹可以形成一条渐开线包络线b₁c₁(见图1)，b₁c₁也是渐开线。啮合关系为：c₁点与c₂点啮合，b₁点与b₂点啮合。 

另外，销齿圆弧c₁d₁的构建工作，前面已经完成。 

到此为止，我们又完成了阳转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁、f₁g₁。整个阳转子端面齿形由5个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。 

这样，阴阳转子端面齿形就被完全构建出来了。 

Claims (1)

1.一种蒸汽螺杆压缩机端面齿形的结构，其特征如下：

首先，确定阴阳转子端面齿形的中心距A；本专利选择阳转子齿数为5，阴转子齿数为6；然后，确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A=R_1j+R_2j，R_1j／R_2j=5／6；然后，确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)／R₂=0.02～0.03；然后，确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)／R₂=0.43～0.55；

在阳阴转子中心连线o₁o₂上，在阳齿顶圆与线段o₁o₂的交点d₁与阳转子中心o₁之间，靠近d₁点附近取o₄点，使d₁o₄线段的长度为0.1R₁～0.2R₁；然后，以o₄点为圆心，以d₁o₄线段为半径，作圆弧d₁e₁，e₁点的位置如何确定在下文说明；

将阳转子节圆M_j在阴转子节圆F_j上作纯滚动，阳转子节圆M_j的自转角速度与公转角速度之比为6／5，固结在阳转子上的圆弧d₁e₁的轨迹就能形成一条圆弧包络线d₂e₂，其中，e₂点与e₁点啮合，d₂点与d₁点啮合；e₂点是圆弧包络线d₂e₂与圆心在o₂点半径为线段o₂e₂长的圆弧的交点，线段o₂e₂的长度选择为0.97R_2j～0.99R_2j；e₂点位置确定后，e₁点的位置也就确定了；

在e₂点作d₂e₂包络线的法线e₂o₃，在法线e₂o₃上选择一点o₃，使得以o₃点为中心以线段o₃e₂长为半径所作的圆弧e₂f₂，与d₂e₂包络线相切于e₂点，与阴转子齿顶圆相切于f₂点；注意，o₃点必须落在阴转子节圆F_j内；这样，阴转子齿形上的圆弧e₂f₂段就确定了；

在阴转子齿顶圆上选择一段圆弧f₂g₂，圆弧f₂g₂的弧长选为0～1.5毫米；

过o₂点作半径o₂a₂，a₂点在阴转子齿顶圆上，使半径o₂a₂与直线o₂g₂的夹角为60°；以阴转子节圆F_j与阳转子节圆M_j的交点p为圆心，以线段pd₁长为半径，作圆弧c₂d₂，圆弧c₁d₁与圆弧c₂d₂重合，使o₂C₂长为0.7R₂～0.75R₂，c₁点与c₂点重合；

以o₂为圆心做圆，使该圆与pc₂连线相切于p₂点，以该圆为渐开线的基圆，以c₂点为渐开线的起点，作渐开线c₂b₂，使o₂b₂长为0.8R₂～0.85R₂；

过b₂、a₂点作椭圆，使椭圆的长轴或短轴落在半径o₂a₂上，并使椭圆在b₂点的法线与渐开线c₂b₂在b₂点的法线重合；

上述就是阴转子端面齿形中一个单元齿形的结构，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂e₂、e₂f₂、f₂g₂；整个阴转子端面齿形由6个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成；

以下是阳转子端面齿形的结构；

圆弧d₁e₁的位置、大小，前面已经描述过；

将阴转子节圆F_j在阳转子节圆M_j上作纯滚动，阴转子节圆F_j的自转角速度与公转角速度之比为5／6，固结在阴转子上的圆弧e₂f₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线e₁f₁；其中，f₁点与f₂点啮合，e₁点与e₂点啮合；同时，固结在阴转子上的圆弧f₂g₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线f₁g₁；圆弧包络线f₁g₁是以o₁点为圆心的圆弧；啮合关系为：g₁点与g₂点啮合，f₁点与f₂点啮合；同时，固结在阴转子上的椭圆a₂b₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线a₁b₁；啮合关系为：a₁点与a₂点啮合，b₁点与b₂点啮合；同时，固结在阴转子上的渐开线b₂c₂的运动轨迹可以形成一条渐开线包络线b₁c₁，b₁c₁也是渐开线；啮合关系为：c₁点与c₂点啮合，b₁点与b₂点啮合；

另外，销齿圆弧c₁d₁的位置、大小，前面已经描述过；

上述就是阳转子端面齿形中一个单元齿形的结构，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁e₁、e₁f₁、f₁g₁；整个阳转子端面齿形由5个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成；

以上就是本发明的蒸汽螺杆压缩机的阴、阳转子端面齿形的全部结构。