一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构及其设计方法与流程

本发明属于压缩机领域，具体涉及一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构及其设计方法。

背景技术：

1、内啮合螺杆压缩机相比于传统的双螺杆压缩机，具有结构紧凑、传动接触区域滑动速度低、排气孔口联通面积大、无泄漏三角形等特点，同时，内啮合螺杆压缩机继承了螺杆压缩机运转可靠、无气阀等易损件、兼容液体、运转效率高等特点，极具潜力作为下一代螺杆压缩机转子结构，能够广泛的应用于制冷、压缩气体及化工医药等行业。

2、同传统外啮合双螺杆压缩机类似，内啮合螺杆压缩机可进行变螺距设计，进而调控其内部气体的压缩过程，从而获得更优异的热力性能，然而，变螺距设计往往使排气侧螺距较小，导致内啮合螺杆转子排气侧齿变薄，致使其密封性能、传动性能与加工性能有所下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构及其设计方法，该转子结构可实现等螺距条件下内啮合双螺杆压缩机的内压缩过程，实现其内部气体的压缩过程调控的同时，保证转子齿厚，从而获取更优的热动力特性。

2、为了实现上述目的，本发明具有如下的技术方案：

3、一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，包括外转子以及设置在外转子内部并与之啮合的内转子，外转子型线的曲线段a2b2为圆弧段，内转子型线的曲线段a1b1c1为曲线段a2b2的包络线段，外转子型线的曲线段b2c2为曲线段b1c1的包络线段，内转子型线的曲线段c1d1与曲线段a1b1c1关于轴o1c1对称，o1为外转子型线中心，外转子型线的曲线段c2d2与曲线段a2b2c2关于轴o2c2对称，o2为外转子型线中心；由曲线段a2b2、曲线段b2c2、曲线段c2d2组成外转子单齿齿形a2b2c2d2，由曲线段a1b1c1、曲线段c1d1组成内转子单齿齿形a1b1c1d1；所述内转子单齿齿形a1b1c1d1依次旋转2π/n角度并拼接n段，组成完整的多齿内转子型线，所述外转子单齿齿形a2b2c2d2依次旋转2π/(n+1)角度并拼接n+1段，组成完整的多齿外转子型线，其中，n表示内转子型线齿数；通过调节圆弧段的生成圆心oe与外转子型线中心o2的距离oeo2或圆弧段的半径r，实现内外转子型线形状的调节。

4、优选的，内外转子型线的节圆半径分别rp1与rp2，符合如下关系式：

5、

6、式中，n与n+1分别为内外转子齿数，d为内外转子型线的中心距。

7、优选的，在坐标系o2xy中，外转子型线的曲线段a2b2的圆弧参数表达式如下：

8、

9、式中，o1oe为圆弧段的生成圆心oe与内转子型线中心o1的距离，θ为角参数，α表示角参数的取值范围变量。

10、优选的，在坐标系o1xy中，内转子型线的曲线段a1b1c1由如下计算表达式求出：

11、

12、式中，mi1与mi2分别表示旋转矩阵，由下式得出：

13、

14、式中，ξ表示转角参数变量，为中间参数，其与角参数θ之间的关系由如下关系式确定：

15、

16、角参数的取值范围变量α由下式确定：

17、

18、优选的，在坐标系o2xy中，外转子型线的曲线段b2c2的计算表达式如下：

19、

20、式中，mi1与mi2为转角参数变量ξ的表达式，参数变量ξ与表示曲线段b1c1的角参数θ之间的关系符合如下表达式：

21、

22、优选的，外转子型线外径与中心距的关系为：

23、r2＝o1oe-r+2d

24、式中，o1oe为内转子型线中心o1与圆弧段的生成圆心oe的距离，d为内外转子型线的中心距。

25、优选的，外转子的轴向位置与所对应型线的齿顶半径符合如下关系式：

26、

27、式中，为转角为时的外转子型线的齿顶半径，r2(0)为外转子型线的初始齿顶半径，为转角为时所对应的转子轴向位置，转角表示转子型线沿转子中心轴的旋转角度，α为外转子的锥角；

28、不同转子轴向位置处的转子型线具有相同的中心距，转子轴向位置与转子转角的关系符合如下表达式：

29、

30、式中，表示转子转角对应的螺距。

31、优选的，不同转子轴向位置处的外转子圆弧段的生成圆半径为满足如下关系：

32、

33、式中，r(0)为转子初始轴向位置处的外转子圆弧段的生成圆半径。

34、优选的，不同转子轴向位置处圆弧中心与外转子型线中心的距离为满足如下关系：

35、

36、式中，o1oe(0)为转子初始轴向位置处圆弧中心与内转子型线中心的距离。

37、一种所述锥形变型线内啮合双螺杆转子结构的设计方法，包括以下步骤：

38、由排气量要求，确定内外转子型线的中心距d及外转子型线的初始齿顶半径r2(0)；

39、由密封性及吸排气工况要求，确定内转子型线齿数n、转子转角对应的螺距及外转子的锥角α，确定不同转子轴向位置处外转子型线的齿顶半径式中为转角为时所对应的转子轴向位置，按下式求出：

40、按照确定出的参数，通过生成圆生成不同转子轴向位置处所对应的转子型线；

41、通过调节型线圆弧段的生成圆心oe与外转子型线中心o2的距离oeo2或型线圆弧段的半径r，实现内外转子型线形状的调节。

42、相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

43、该转子结构可实现等螺距条件下内啮合双螺杆压缩机的内压缩过程，并且在实现压缩机内部气体的压缩过程调控的同时，保证了转子齿厚，从而获取更优的热动力特性。具体而言，采用基于圆弧生成的内外转子型线，在不同转子轴向位置处设置为具有不同外径的转子型线，以实现转子沿轴向由吸气段至排气端逐渐减小的气体空间，进而实现气体内压缩过程的同时，保证一定转子螺距，最终达到转子吸排气侧均具有优异的密封与传动性能。本发明锥形变型线内啮合双螺杆转子结构设计灵活，可优化调节气体运输过程中工作腔泄漏通道的位置分布、几何结构与流动工况，从而可以获取满足不同需求下的最优转子几何结构。

技术特征：

1.一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，包括外转子以及设置在外转子内部并与之啮合的内转子，外转子型线的曲线段a2b2为圆弧段，内转子型线的曲线段a1b1c1为曲线段a2b2的包络线段，外转子型线的曲线段b2c2为曲线段b1c1的包络线段，内转子型线的曲线段c1d1与曲线段a1b1c1关于轴o1c1对称，o1为外转子型线中心，外转子型线的曲线段c2d2与曲线段a2b2c2关于轴o2c2对称，o2为外转子型线中心；由曲线段a2b2、曲线段b2c2、曲线段c2d2组成外转子单齿齿形a2b2c2d2，由曲线段a1b1c1、曲线段c1d1组成内转子单齿齿形a1b1c1d1；所述内转子单齿齿形a1b1c1d1依次旋转2π/n角度并拼接n段，组成完整的多齿内转子型线，所述外转子单齿齿形a2b2c2d2依次旋转2π/(n+1)角度并拼接n+1段，组成完整的多齿外转子型线，其中，n表示内转子型线齿数；通过调节圆弧段的生成圆心oe与外转子型线中心o2的距离oeo2或圆弧段的半径r，实现内外转子型线形状的调节。

2.根据权利要求1所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，内外转子型线的节圆半径分别rp1与rp2，符合如下关系式：

3.根据权利要求2所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，在坐标系o2xy中，外转子型线的曲线段a2b2的圆弧参数表达式如下：

4.根据权利要求3所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，在坐标系o1xy中，内转子型线的曲线段a1b1c1由如下计算表达式求出：

5.根据权利要求4所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，在坐标系o2xy中，外转子型线的曲线段b2c2的计算表达式如下：

6.根据权利要求1所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，外转子型线外径与中心距的关系为：

7.根据权利要求1所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，外转子的轴向位置与所对应型线的齿顶半径符合如下关系式：

8.根据权利要求7所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，不同转子轴向位置处的外转子圆弧段的生成圆半径为满足如下关系：

9.根据权利要求7所述的锥形变型线内啮合双螺杆转子结构，其特征在于，不同转子轴向位置处圆弧中心与外转子型线中心的距离为满足如下关系：

10.一种如权利要求1所述锥形变型线内啮合双螺杆转子结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种锥形变型线内啮合双螺杆转子结构及其设计方法，包括外转子以及设置在外转子内部并与之啮合的内转子，外转子型线的曲线段A<subgt;2</subgt;B<subgt;2</subgt;为圆弧段，内转子型线的曲线段A<subgt;1</subgt;B<subgt;1</subgt;C<subgt;1</subgt;为曲线段A<subgt;2</subgt;B<subgt;2</subgt;的包络线段，外转子型线的曲线段B<subgt;2</subgt;C<subgt;2</subgt;为曲线段B<subgt;1</subgt;C<subgt;1</subgt;的包络线段，内转子型线的曲线段C<subgt;1</subgt;D<subgt;1</subgt;与曲线段A<subgt;1</subgt;B<subgt;1</subgt;C<subgt;1</subgt;关于轴O<subgt;1</subgt;C<subgt;1</subgt;对称，外转子型线的曲线段C<subgt;2</subgt;D<subgt;2</subgt;与曲线段A<subgt;2</subgt;B<subgt;2</subgt;C<subgt;2</subgt;关于轴O<subgt;2</subgt;C<subgt;2</subgt;对称；将内外内转子单齿齿形依次旋转拼接即可组成完整的多齿内外转子型线，调节圆弧段的生成圆心与外转子型线中心的距离或圆弧段的半径，实现内外转子型线形状的调节。本发明可实现内啮合双螺杆压缩机内部气体压缩过程调控的同时保证转子齿厚。

技术研发人员：李丹童,何志龙,孙崇洲,马凯,赵保国,王闯,邢子文
受保护的技术使用者：冰轮低碳科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15