一种变型线双螺杆转子及其设计方法

本发明属于双螺杆压缩机转子加工领域，具体涉及一种变型线双螺杆转子及其设计方法。

背景技术：

双螺杆压缩机是一种容积式回转压缩机，用于获取中低压力气体，在现代工业中有着广泛的应用。它继承了回转机械寿命长、运转可靠、振动小、噪音低、工作平稳以及无喘振现象等诸多优点，同时具有无气阀等易损件、强制吸排气且加工简单等特点，是空气供应、制冷以及余热回收等系统中的核心部件。常规的双螺杆压缩机转子采用等螺距转子结构，导致气体在运输过程中无容积变化，仅当容积腔到达排气端面时进行内压缩过程，这导致在大容积比要求下，排气孔口的面积较小，从而增加了排气阻力损失与排气压力脉动，损害了其效率，加大了其运行噪音。而随着精密加工技术的进步，使得锥型与变螺距螺杆转子快速、高精度加工成为可能，该结构可以实现气体运输过程中内压缩，从而改善排气孔口的开设。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中双螺杆压缩机转子效率不足以及运行噪音较大的问题，提供一种变型线双螺杆转子及其设计方法，实现排气孔口面积的有效扩大，有利于减少排气处阻力损失，降低排气侧压力脉动，实现螺杆转子效率提升以及降低噪音的效果。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种变型线双螺杆转子，包括外轮廓均为锥型结构的阴阳螺杆转子，阴阳螺杆转子的引导螺旋线均采用变螺距方式，所述的引导螺旋线分为两部分，当转子转角小于设定值时，采用较大的转子螺距，当转子转角大于设定值时，采用较小的转子螺距，以此实现转子轴向排气口增大；随着转子轴向距离的增加，阴阳螺杆转子的齿顶半径rm与rf线性下降，形成阴阳螺杆转子锥角α2与α1；双螺杆转子工作腔容积随排气孔口开启转角下降，以此实现在相同内容积比下，排气孔口开启转角的提前打开，从而增大排气孔口的面积。

优选的，阳螺杆转子的总扭转角β1与阴螺杆转子的总扭转角β2之间满足如下的关系式：

n2β1＝n1β2

其中，n1与n2分别表示阳螺杆转子与阴螺杆转子的型线齿数。

优选的，阳螺杆转子变螺距位置前后的螺距分别为ps与pb，满足如下的关系式：

lc/ps+(lt-lc)/pb＝β1/2π

式中的，lc为转子变螺距位置，lt为转子总长度；

则，阴螺杆转子变螺距位置前后的螺距ps,2与pb,2为：

n1ps,2＝n2ps。

优选的，阳螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ1)与阳螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ1)＝(rm(0)-rm(θ1))tanα1

其中，θ1为阳螺杆转子转角，rm(θ1)表示不同转子转角时的阳螺杆转子外径。

优选的，阴螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ2)与阴螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ2)＝(rf(0)-rf(θ2))tanα2

其中，θ2为阴螺杆转子转角，rf(θ2)表示不同转子转角时的阴螺杆转子外径。

优选的，通过转子型线的各个轴向截面阴阳螺杆转子的齿顶半径rm与rf在相应位置处进行型线填充，获得完整阴阳螺杆转子结构。

本发明还提出一种压缩机，采用所述的变型线双螺杆转子。

本发明还提出一种变型线双螺杆转子设计方法，包括以下步骤：

-由体积大小与抽气速率优选转子总长度lt与阴阳螺杆转子型线类型；

-由气体的密封性要求优选阳螺杆转子的总扭转角β1与阴螺杆转子的总扭转角β2；

-由排气孔口开口面积要求，优选阴阳螺杆转子锥角α2与α1，以及转子变螺距位置lc；

-根据优选的转子变螺距位置lc，设计阴阳螺杆转子变螺距位置前后的螺距；

-利用优选参数进行转子型线的各个轴向截面阴阳螺杆转子的齿顶半径的求解；

-利用各个轴向截面阴阳螺杆转子的齿顶半径，在转子各轴向截面位置处进行型线填充，获得完整阴阳螺杆转子结构。

优选的，所述的阴阳螺杆转子型线类型包括齿数组合比采用3/5齿、5/7齿、4/6齿以及4/5齿的srm-d或srm-a不同类型线。

相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：通过锥型与变螺距设计，使得相同内容积比下，排气转角的开设的提前，从而实现排气孔口面积的有效扩大，有利于减少排气处阻力损失，降低排气侧压力脉动，从而实现提升螺杆转子效率与降低噪音的效果。锥型结构通过改变阴阳螺杆转子的齿顶半径rm与rf来实现。螺杆压缩机采用该转子能有效提升排气孔口面积，减小排气阻力损失，降低排气压力脉动，有利于提高双螺杆压缩机的效率与降低噪声。相比其他常规泵型，有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

附图说明

图1本发明变型线双螺杆转子的结构示意图；

图2本发明阴阳螺杆转子型线的结构示意图；

图3本发明阴阳螺杆转子对应不同轴向截面的型线结构示意图；

图4(a)本发明锥形变螺距转子结构的轴向排气孔口示意图；

图4(b)常规等螺距转子结构的轴向排气孔口示意图；

图5本发明转子螺旋线螺距与转角对应关系示意图；

图6本发明转子结构与常规转子结构的工作腔与转角关系对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明变型线双螺杆转子的阴阳螺杆转子外轮廓为锥型结构，且其转子引导螺旋线采用变螺距方式。其锥型结构依靠改变如图2所示的阴阳转子型线的齿顶半径rm与rf来实现。如图3所示，随着转子轴向距离的增加，齿顶半径rm与rf线性下降，从而实现如图4所示的阴螺杆转子锥角α2与阳螺杆转子锥角α1。转子引导螺旋线采用两段等螺距螺旋线，其转子螺距与转角之间的关系如图5所示，螺距变化开始的转角可任意调整以实现排气口开设面积的优化。如图6所示，相同内容积比下，锥型变螺距转子的排气孔口开启转角(750°)小于常规等螺距转子(850°)，从而实现排气孔口面积的增加。

转子型线可采用3/5齿、5/7齿、4/6齿、4/5齿等齿数组合比以及采用srm-d，srm-a等不同类型线。阳螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ1)与阳螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ1)＝(rm(0)-rm(θ1))tanα1

其中，θ1为阳螺杆转子转角，rm(θ1)表示不同转子转角时的阳螺杆转子外径。

阴螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ2)与阴螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ2)＝(rf(0)-rf(θ2))tanα2

其中，θ2为阴螺杆转子转角，rf(θ2)表示不同转子转角时的阴螺杆转子外径。

如图4(a)与图4(b)，转子不同轴向距离l(θ)的转子型线为(a)-(e)所示。相同内容积比下，可以实现如图4(a)所示的轴向排气口面积的增加。

如图5所示，转子引导螺旋线分为两部分，当转子转角小于设定值时，采用较大的转子螺距，当转子转角大于设定值时，采用较小的转子螺距，以此实现转子轴向排气口增大。

如图6所示，锥型变螺距双螺杆转子的工作腔容积随排气孔口开启转角下降，以此实现在相同内容积比下，排气孔口开启转角的提前打开，从而增大排气孔口的面积。

一种变型线双螺杆转子设计方法，包括以下步骤：

1、由体积大小与抽气速率优选转子总长度lt与阴阳螺杆转子型线类型；

2、由气体的密封性要求优选阳螺杆转子的总扭转角β1与阴螺杆转子的总扭转角β2；两者满足如下关系：

n2β1＝n1β2

其中，n1与n2分别表示阳螺杆转子与阴螺杆转子的型线齿数。

3、由排气孔口开口面积要求，优选阴阳螺杆转子锥角α2与α1以及转子变螺距位置lc；

4、根据优选的转子变螺距位置lc，阳螺杆转子变螺距位置前后螺距分别为ps与pb：

lc/ps+(lt-lc)/pb＝β1/2π

阴转子变螺距位置前后螺距ps,2与pb,2为：

n1ps,2＝n2ps

利用上述优选参数进行各个轴向截面转子型线齿顶半径的求解。

其中，阳螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ1)与阳螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ1)＝(rm(0)-rm(θ1))tanα1

其中，θ1为阳螺杆转子转角，rm(θ1)表示不同转子转角时的阳螺杆转子外径。

阴螺杆转子任意截面的轴向距离l(θ2)与阴螺杆转子外径之间的关系为：

l(θ2)＝(rf(0)-rf(θ2))tanα2

其中，θ2为阴螺杆转角，rf(θ2)表示不同转子转角时的阴螺杆外径。

利用上述求解得到的各个轴向截面阴阳螺杆转子的齿顶半径，在转子各轴向截面位置处进行型线填充，获得完整阴阳螺杆转子结构。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。