一种转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵及其设计方法与流程

本发明涉及罗茨泵设计，具体涉及一种转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵及其设计方法。

背景技术：

1、罗茨泵主要应用于半导体、石油化工、造纸、食品、电子工业等行业。目前市场上罗茨泵的转子型线主要有：渐开线、摆线及圆弧线，称为标准型线。标准型线的转子易于设计加工，但标准型线的转子在有效抽速、压缩比及极限真空等技术参数方面较低，而且噪声较大。现有研究人员将转子型线的顶部(节圆外)曲线设计为椭圆线，但该线型的转子的容积利用率不大于50％，相较于标准型线较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，能够有效提高罗茨泵转子的容积利用率。

2、本发明的转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，转子型线位于节圆内部的曲线为椭圆线，称为腰部椭圆线；位于节圆外部的曲线为腰部椭圆线的共轭曲线。

3、较优的，所述腰部椭圆线位于椭圆t上，所述椭圆t的圆心ot位于转子节圆的o1y1轴上，与转子节圆圆心o1距离d；椭圆t的长轴为a，短轴为b，转子节圆半径为r1；

4、腰部椭圆线的共轭曲线根据公式(9)计算得到：

5、

6、其中，φ为啮合角，为腰部椭圆线上任一点c(x1，y1)的法线与节圆的交点b，交点b和节圆中心o1的连线o1b与o1y1轴的夹角。

7、较优的，通过调整参数d、a、b和r1，优化转子型线容积利用率，进而最终确定转子型线。

8、较优的，基于公式(2)

9、

10、通过调整参数d、b和r1，优化转子型线容积利用率，进而最终确定转子型线。

11、本发明还提供了上述转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵的转子型线设计方法，包括如下步骤：

12、步骤1，确定独立可变参数，所述独立可变参数为椭圆t的圆心ot与转子节圆圆心o1的距离d；椭圆t的长轴a、短轴b；转子节圆半径r1；

13、步骤2，确定椭圆t为：

14、

15、取椭圆t位于第1象限部分的曲线af为1/4腰部椭圆线；

16、步骤3，确定啮合角φ：

17、所述啮合角φ为曲线af上任一点c(x1，y1)的法线与节圆的交点b，交点b和节圆中心o1的连线o1b与o1y1轴的夹角，φ为：

18、

19、其中，θ为点c与节圆中心o1连线o1c与o1x1轴的夹角，β为o1c与o1b的夹角，γ为o1c与bc的夹角，α为点c的水平线ce与c点切线的夹角，

20、步骤4，根据公式(9)确定1/4腰部椭圆线af的共轭曲线ag：

21、

22、判断共轭曲线ag是否是光滑曲线，若是，执行步骤5，若不是，返回步骤1，重新确定独立可变参数数值；

23、步骤5，确定罗茨泵转子型线：将af、ag沿o1x1轴、o1y1轴进行镜像获得整个转子的型线；

24、步骤6，确定转子型线容积利用率λ：

25、

26、其中，a为转子型线围成转子截面的面积，r2为转子顶圆半径，r2＝2r1+b-d；

27、步骤7，设计转子的长度l为：

28、

29、其中，n为转子转速，vs为罗茨泵几何抽速。

30、较优的，转子的长度和转子顶圆半径的比值在1.0～2.5。

31、有益效果：

32、本发明的腰部为椭圆线的转子型线与顶部为椭圆线的转子型线相比较具有容积利用率高的特点，其容积利用率可达到55％以上，优于顶部为椭圆线的转子型线10％以上。

技术特征：

1.一种转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，其特征在于，转子型线位于节圆内部的曲线为椭圆线，称为腰部椭圆线；位于节圆外部的曲线为腰部椭圆线的共轭曲线。

2.如权利要求1所述的转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，其特征在于，所述腰部椭圆线位于椭圆t上，所述椭圆t的圆心ot位于转子节圆的o1y1轴上，与转子节圆圆心o1距离d；椭圆t的长轴为a，短轴为b，转子节圆半径为r1；

3.如权利要求2所述的转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，其特征在于，通过调整参数d、a、b和r1，优化转子型线容积利用率，进而最终确定转子型线。

4.如权利要求3所述的转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵，其特征在于，基于公式(2)

5.一种如权利要求1～4任一所述的转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵的转子型线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，转子的长度和转子顶圆半径的比值为1.0～2.5。

技术总结
本发明公开了一种转子腰部型线为椭圆线的罗茨泵及其设计方法。本发明的罗茨泵，转子型线位于节圆内部的曲线为椭圆线，称为腰部椭圆线；位于节圆外部的曲线为腰部椭圆线的共轭曲线。本发明的腰部为椭圆线的转子型线与顶部为椭圆线的转子型线相比较具有容积利用率高的特点，其容积利用率可达到55％以上，优于顶部为椭圆线的转子型线10％以上。

技术研发人员：李正清,韩仙虎,蔡宇宏,杨建斌,李小金,王毅,马敏
受保护的技术使用者：兰州空间技术物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11