一种用于大流量高压差压缩的螺杆转子型线

本发明涉及能源动力领域，具体而言，涉及一种用于大流量高压差压缩的螺杆转子型线。

背景技术：

1、双螺杆压缩机是一种容积式压缩机，由互相啮合的一对转子实现气体的压缩。齿形又称型线是双螺杆压缩机的核心技术。螺杆压缩机技术每前进一步，效率每一次刷新，主要来自型线技术革新。转子型线是双螺杆压缩机技术最核心和最根本的技术。转子的端面型线是由多段不同曲线组成的，每对相互啮合的螺旋齿配合完成气体压缩循环。转子端面型线基本决定了压缩机的效率和转子稳定性能。

2、转子型线从最初的对称型圆弧线，发展到现在的非对称复杂几何曲线型。齿形的发展方向是通过增大齿高半径、减薄齿厚等提高面积利用系数。在空压机、制冷压缩机等领域广泛采用的传统型线，无法满足氦气、氢气等小分子量气体高效率压缩上的需求，也无法满足大容量重载工况下螺杆运行可靠性方面的需求。型线不但影响转子是否能够正确的啮合，也影响轴向、横向不同压力之间的内部泄漏，从而影响压缩机效率。不同曲线的流体动力学设计，不仅影响气体流动的阻力损失，更重要的是影响冷却油的搅拌功损失，所以型线设计要符合流体动力学规律，降低粘性损失。

3、型线在理论上的数学几何构型，可以做到圆滑过渡、各种形状。但型线设计需要考虑理论型线的可加工性，在现有工业水平下是否有足够的加工精度实现理论形状，加工精度在压缩小分子量气体时往往制约着压缩机的实际性能。特别是对于任意泄漏的介质，需要更加精细的啮合间隙以降低内部泄漏损失，需要的型线具有更强的可加工性以保障加工精度。同时型线具体的几何结构，需要考虑压缩工质、运行工况的实际条件，需要有大量试验数据的积累和不断优化的过程。

4、在目前的螺杆压缩机领域，以非对称型线为工业应用的传统主流型线，例如atlas-x(4:6)型线、sigma(5:6)、ghh(5:6)型线、srm-d(5:6)型线、ghh(5:6)型线、日立(5:6)型线等。

5、以srm-d型线为例介绍传统型线的特点和优缺点，是在srm-a的基础上发展起来的。srm-a型线是采用点-摆线、直线-摆线、销齿圆弧对、对滚圆弧对、圆弧-圆弧包络线五类组合。而srm-d型线的齿曲线均为圆弧及其包络线，如表1和图1所示，在转子之间实现曲面对曲面的密封，降低了通过接触线的横向泄漏，改善了加工性能，便于采用滚削法加工。表2总结了传统型线的具体构成特点之间的对比。

6、表1srm-d型线的特征

7、 阴转子 阳转子 啮合线 阴转子 阳转子 啮合线 圆弧ab 包络线kl 12 圆弧fg 包络线pq 56 包络线bc 圆弧lm 23 包络线gh 圆弧qr 67 圆弧ce 圆弧mo 34 圆弧hi 包络线rs 71 包络线ef 圆弧op 45 圆弧ij 圆弧st 1

8、表2传统型线的特点对比

9、

10、

11、空气压缩机或者制冷压缩机的转子型线，除了啮合间隙较大不适合压缩小分子量气体外，齿形由于具有较多的转折过渡，在大容量工况时(转子线速度增加)或者冷却绝热指数更大的工质(例如氦气)时，需要更多的喷油量，传统型线的搅拌油功损失增大造成效率降低，表现为压缩机的功耗高、噪声大。

12、以空气螺杆压缩机为代表的设计理念中，传统转子型线设计原则，一般通过降低转子的转速来提高可靠性，但在大功率容量和大流量时可靠性大大降低，甚至因振动过大而无法正常运转。

13、另一方面，随着转子公称直径的增大，为实现对压缩氦气等精密型线加工的高精度，需要考虑型线的可加工性。传统型线的加工精度在压缩氦气、氢气时，由于需要更小的啮合间隙，加工精度无法满足工程需要。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种用于大流量高压差压缩的螺杆转子型线，以至少解决现有方法容易导致工质泄漏造成效率下降和转子线速度高带来的转子动力学稳定性下降的技术问题。

2、根据本发明的一实施例，提供了一种用于大流量高压差压缩的螺杆转子型线，由如下步骤设计而成，包括：

3、将螺杆转子型线设计为包括若干段连续可导的椭圆弧、二次曲线、圆弧包络线的曲线；其中螺杆转子型线采用阳阴转子数5:7非对称流线型设计；

4、螺杆转子型线中不同区段内的曲线曲率，结合转子齿间实际工作的压力状态确定。

5、进一步地，螺杆转子型线为若干不同曲率的椭圆弧线和抛物线曲线圆滑过渡相切衔接。

6、进一步地，螺杆转子型线中不同区段的曲率，根据在齿间微元压缩过程中存在不同的气压分布来调整。

7、进一步地，在高压区，螺杆转子型线相对平缓；在低压区，加大型线曲线的曲率，保障阴阳转子之间紧密啮合。

8、进一步地，螺杆转子型线设计为包括7段连续可导的椭圆弧、二次曲线、圆弧包络线的曲线。

9、进一步地，阴阳转子啮合间隙为10-30μm。

10、进一步地，压缩氦气时啮合间隙控制在10-20μm。

11、进一步地，转子圆周线速度为30-75m/s。

12、进一步地，螺杆转子适用工质为氦气、氢气、硫化氢、空气、制冷剂。

13、进一步地，螺杆转子适用工况：转子长径比1.0-1.75，进气压力30kpa-500kpa，单级吸排气压差300kpa-2000kpa，单台输气量800m3/h-13000m3/h。

14、本发明实施例中的用于大流量高压差压缩的螺杆转子型线，将螺杆转子型线设计为包括若干段连续可导的椭圆弧、二次曲线、圆弧包络线的曲线；螺杆转子型线中不同区段内的曲线曲率，结合转子齿间实际工作的压力状态确定。整体型线采用流体动力学设计，没有传统型线中常用的点、直线和摆线，避免了类似于尖点的衔接，以适应大流量工况下由于转子因线速度高带来的可靠性要求。