一种泵用转子通用的高形状系数轮廓构造的制作方法

本实用新型涉及一种泵用转子轮廓，特别涉及到具有更大形状系数的非接触式转子的通用轮廓构造。

背景技术：

转子泵分为接触式和非接触式两种，后者广泛应用于罗茨泵。其中，一对同尺寸的转子和对偶转子，直接决定了泵的性能，渐开线、圆弧、摆线转子最为参见。随着转子泵在空天海洋装备上的日渐使用，其轻量化性能要求也越来越高，轻量化性能主要取决于其容积利用率η，而η=容积利用系数λ×(1－泄漏率ηleakage)，λ越大和ηleakage越小，则轻量化效果越好。

现有研究表明λ≈1－1/ε²，其中，“ε=顶最大半径/节圆半径”为转子的形状系数，则ε越大，λ越大。泄漏率主要包括径向的、轴向的、共轭的三大泵内泄漏率，现有研究表明ε越大，ηleakage越低。

基于高容积利用率η所要求的大形状系数ε和低内泄漏率ηleakage两方面需求，由此提出具有更大形状系数的轮廓构造，其目的旨在由普通转子形状系数ε0的进一步增大，附带径向内泄漏的降低，以期实现转子泵容积利用率η的最大化。

技术实现要素：

本实用新型旨在通过提供一种能适用于任意共轭轮廓类型下进一步的高形状系数轮廓构造，从而实现非接触式泵用转子更大的形状系数、更低的径向泄漏和更好的轻量化性能。

本实用新型的技术解决方案：

一种泵用转子通用的高形状系数轮廓构造，其特征在于：转子、与转子构成共轭运动的同尺寸对偶转子，统称为高形状系数转子，所述高形状系数转子的半叶轮廓均由首尾相连的节圆外侧的外同心圆弧段、节圆外侧的第一外过渡圆弧段、节圆外侧的第二外过渡圆弧段、节圆外侧的共轭轮廓外段、节圆内侧的共轭轮廓内段、节圆内侧的内过渡圆弧段、节圆内侧的内圆弧段这七段轮廓段组成，点1为外同心圆弧段上的轮廓顶点，点8为谷点，所述外同心圆弧段中的“同心”表示外同心圆弧段的圆心与泵壳内腔圆弧面的圆心，均为转子中心o，并由此在外同心圆弧段与泵壳内腔圆弧面之间形成了径向泄漏缝隙。

所述外同心圆弧段的半径r1由控制径向泄漏所需要的圆心角σ和转子上点2刚好避让对偶转子上点6的几何关系所唯一确定。

所述共轭轮廓外段为渐开线、圆弧、摆线、直线、抛物线中的任一种轮廓段，终点5位于节圆上，起点4由该点法线4o34与顶对称轴间的夹角α所唯一控制，o34为顶轴与节圆的交点，在选定共轭外段的轮廓类型的前提下，如α一旦确定，则共轭轮廓外段的形状和4o34的长度r4则完全确定。

所述共轭轮廓外段与对偶转子上的共轭轮廓内段之间存在共轭关系，由共轭轮廓内段不出现“角点”几何干涉的极限关系，能唯一确定出高形状系数轮廓所需要的α。

所述共轭轮廓内段由对偶转子上的共轭轮廓外段通过彼此间的共轭关系所唯一确定。

所述内圆弧段的圆心为转子中心o，形状由对偶转子上的外同心圆弧段通过彼此间的共轭关系所唯一确定。

所述内过渡圆弧段由与共轭轮廓内段相切于点6和过点7的几何约束所唯一确定，在转子与对偶转子的共轭运动中，内过渡圆弧段的目的在于能完全避让对偶转子上的轮廓点2。

所述第一外过渡圆弧段、第二外过渡圆弧段由第一外过渡圆弧段过点2、外切于第二外过渡圆弧段、第一外过渡圆弧段半径=内过渡圆弧段半径，第二外过渡圆弧段与共轭轮廓外段相切于点4、圆心为o34的几何约束所唯一确定，在转子与对偶转子的共轭运动中，设置第一外过渡圆弧段和第二外过渡圆弧段的目的在于能完全避让对偶转子上轮廓点6，采用第一外过渡圆弧段半径=内过渡圆弧段半径的目的在于可用一把刀具加工。

所述共轭轮廓外段，在选定其轮廓类型前提下，由抑制径向泄漏所预先给出的σ和由前述确定的α，可计算出圆弧段的半径r1及高形状系数转子所对应的形状系数ε。

本实用新型的有益效果：

1.共轭轮廓构造上具有通用性，可为渐开线、圆弧、摆线、直线、抛物线或其它的任一种类型，以适用不同的应用需求。

2.通过进一步的高形状系数技术，实现更大的形状系数和更低的内泄漏率尤其径向内泄漏，并由此带来泵容积利用率方面的最大化。

3.容积利用率最大化能更好地提高泵的轻量化性能。

4.第一外过渡圆弧段与内过渡圆弧段具有相同的半径，利于用一把刀具加工。

附图说明

图1为高形状系数转子和普通转子的轮廓示意图。

图2为高形状系数转子轮廓点2刚好避让对偶转子轮廓点6的示意图。

图3为渐开线类型的高形状系数转子的共轭轮廓示意图。

其中：点1、外同心圆弧段12上的轮廓顶点，点2、外同心圆弧段12上的端点，点4、共轭轮廓外段45的端点，点6、共轭轮廓内段56的端点，点7、内圆弧段78的端点，8、谷点，o、轮心也为外同心圆弧段12和内圆弧段78的圆心，o23、第一外过渡圆弧段23的圆心，o34、第二外过渡圆弧段34的圆心，o67、内过渡圆弧段67的圆心，12、外同心圆弧段，23、第一外过渡圆弧段，34、第二外过渡圆弧段，45、共轭轮廓外段，56、共轭轮廓内段，67、内过渡圆弧段，78、内圆弧段。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

实施例（一款渐开线类型的高形状系数转子轮廓）

本实用新型的高形转子，其半叶理论轮廓均由节圆外侧的外同心圆弧段12、第一外过渡圆弧段23、第二外过渡圆弧段34、共轭轮廓外段45，节圆内侧的共轭轮廓内段56、内过渡圆弧段67、内圆弧段78，共首尾相连的七段轮廓段组成，如图1所示。其中，共轭轮廓外段45和共轭轮廓内段56均为渐开线段，如图3所示。

首先，基于内共轭渐开线段56不出现几何干涉角点的极限关系，得点6位于基圆上，此时，由渐开线的成形原理，得

(1)

式中，n为转子叶数，φ的定义如图3所示，arccot()表示反余切函数。r为节圆半径，r6为点6到其中心o1的距离，即为渐开线的基圆半径，α6为边长o16与谷轴间的夹角。

其次，以转子顶轴和对偶转子谷轴重合在中心连线上时的位置为起始位置，在共轭转过避让角θ之后，转子上的点2刚好避让转过对偶转子上的点6时的位置为终止位置，如图2所示。终止位置时，对偶转子轮廓点6与转子轮廓点2重合。则，由三角形o16o2中的三角几何关系，得

(2)

将式(1)中的r6和α6代入式(2)，得

(3)

由式(3)中的两等式，唯一求解出避让角θ(n,σ)和r1/r(n,σ)，则，高形状系数转子的形状系数ε和高形状系数前普通转子的形状系数ε0为

(4)

以n=2、3、4，σ=1~6°为例，则，避让角θ、高形状系数转子的形状系数ε、普通转子的形状系数ε0和增效百分比δɛ=(ε/ε0－1)×100%，如表1所示。

表1高形状系数转子与普通转子的形状系数比较

由表1可见，高形状系数转子较普通转子的改善效果明显。

综上，本实用新型达到预期效果。