锥形双螺杆压缩机转子设计方法、转子及压缩机

本发明属于螺杆压缩机，特别是一种锥形双螺杆压缩机转子设计方法、转子及压缩机。

背景技术：

1、双螺杆压缩机是一种容积式回转压缩机，用于获取高压力气体，在矿山、动力、冶金、建筑、机械和制冷等领域有着广泛应用。它继承了回转机械寿命长、噪音低、振动小、工作平稳以及无喘振等优点，同时具有结构简单，无进排气阀等易损件的特点，因此是高压输气、制冷、余热回收等系统中的核心部件。

2、在现有技术中，传统的双螺杆压缩机转子通常是直径相等的圆柱形，阴阳转子轴线平行并保持一定中心距，两转子相互啮合实现气体压缩。这种设计限制了转子的几何形状和操作性能，需要较大的设备才能获得足够高的压缩比。此外，由于阴阳转子和机体之间存在泄漏三角形，气体在压缩过程中会造成泄漏，导致能效降低。因此，需要一种更有效、更紧凑的螺杆压缩机来解决这些问题。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种锥形双螺杆压缩机转子设计方法、转子及压缩机，提升双螺杆压缩机的压缩比，空间利用率，并且能够减小泄漏三角形用以减少泄漏。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，锥形双螺杆压缩机转子设计方法包括以下步骤，

3、待设计的锥形双螺杆压缩机转子为相互啮合的阴转子和阳转子，阴转子和阳转子呈锥形且轴线相交形成角度为δ的锥角；

4、建立阴转子平面坐标系和阳转子平面坐标系o1x1y1，o2x2y2，阳转子平面坐标系o2x2y2由阴转子坐标系o1x1y1向x1轴正方向平移一个阴转子和阳转子之间的中心距a得到，阴转子和阳转子的转子型线上的任意一点m都由中心距a、型线点m在阴转子平面坐标系和阳转子平面坐标系o1x1y1，o2x2y2的方位角和方位角确定点m在阴转子坐标系o1x1y1中的坐标为(x1，y1)，在阳转子平面坐标系o2x2y2中的坐标为(x2，y2)，中心距a、方位角和方位角(x1，y1)和(x2，y2)之间满足：

5、

6、建立阴转子空间坐标系和阳转子空间坐标系o1x1y1z1，o2x2y2z2，阳转子空间坐标系o2x2y2z2由阴转子坐标系o1x1y1z1绕y1轴顺时针旋转δ角度得到，转子型线上的任意一点m由锥角δ，球半径r，方位角和方位角确定，点m在阴转子空间坐标系o1x1y1z1中的坐标为(x1′，y1′，z1′)，在阳转子空间坐标系o2x2y2z2中的坐标为(x2′，y2′，z2′)，δ，r，(x1′，y1′，z1′)和(x2′，y2′，z2′)之间满足：

7、

8、将平面坐标系中的转子型线投影到空间坐标系中，得到空间转子型线，其中，将平面坐标系中一点p转化为空间坐标系中一点p，则和之间满足：

9、

10、通过平面坐标与空间坐标的转化关系，将平面转子型线上的每个点一一转化为空间坐标系中的点，进而得到空间转子型线；

11、建立空间坐标系中的转子螺旋面方程，其中，在阴转子空间坐标系o1x1y1z1中，阴转子的螺旋面方程为：

12、

13、或，在阳转子空间坐标系o2x2y2z2中，阳转子的螺旋面方程为：

14、

15、其中r＝r-pτ，p为螺旋特性数，τ为螺旋角；τ为螺旋角；x1′，y1′，z1为阴转子空间坐标系o1x1y1z1中的空间转子型线，x2′，y2′z2为阳转子空间坐标系o2x2y2z2中的空间转子型线；

16、根据空间转子型线及螺旋面方程生成相互啮合的阴转子和阳转子，且呈一端大一端小的锥形结构，其轴线相交形成角度为δ的锥角。

17、所述的方法中，锥形转子型线为球面上的空间型线，通过平面坐标系下的转子型线转化而来。

18、一种锥形双螺杆压缩机转子经由所述锥形双螺杆压缩机转子设计方法生成。

19、一种锥形双螺杆压缩机转子，其特征在于，

20、所述锥形双螺杆压缩机转子为相互啮合的阴转子和阳转子，阴转子和阳转子呈锥形且轴线相交形成角度为δ的锥角；

21、对于阴转子平面坐标系和阳转子平面坐标系o1x1y1，o2x2y2，其中，

22、阳转子平面坐标系o2x2y2由阴转子坐标系o1x1y1向x1轴正方向平移一个阴转子和阳转子之间的中心距a得到；

23、阴转子和阳转子的转子型线上的任意一点m都由中心距a、型线点m在阴转子平面坐标系和阳转子平面坐标系o1x1y1，o2x2y2的方位角和方位角确定；

24、点m在阴转子坐标系o1x1y1中的坐标为(x1，y1)，在阳转子平面坐标系o2x2y2中的坐标为(x2，y2)，中心距a、方位角和方位角(x1，y1)和(x2，y2)之间满足：

25、

26、对于阴转子空间坐标系和阳转子空间坐标系o1x1y1z1，o2x2y2z2，其中，阳转子空间坐标系o2x2y2z2由阴转子坐标系o1x1y1z1绕y1轴顺时针旋转δ角度得到；

27、转子型线上的任意一点m由锥角δ，球半径r，方位角和方位角确定，点m在阴转子空间坐标系o1x1y1z1中的坐标为(x1′，y1′，z1′)，在阳转子空间坐标系o2x2y2z2中的坐标为(x2′，y2′，z2′)，δ，r，(x1′，y1′，z1′)和(x2′，y2′，z2′)之间满足：

28、

29、对于平面坐标系中的转子型线投影到空间坐标系中所得的空间转子型线，其中，将平面坐标系中一点p转化为空间坐标系中一点p，则和之间满足：

30、

31、通过平面坐标与空间坐标的转化关系，将平面转子型线上的每个点一一转化为空间坐标系中的点，进而得到空间转子型线；

32、在阴转子空间坐标系o1x1y1z1中，阴转子的螺旋面方程为：

33、

34、在阳转子空间坐标系o2x2y2z2中，阳转子的螺旋面方程为：

35、

36、其中，

37、r＝r-pτ，p为螺旋特性数，τ为螺旋角；

38、x1′，y1′，z1为阴转子空间坐标系o1x1y1z1中的空间转子型线；

39、x2′，y2′，z2为阳转子空间坐标系o2x2y2z2中的空间转子型线；

40、阴、阳转子的空间转子型线及阴、阳转子的螺旋面方程用于表征相互啮合的阴转子、阳转子。

41、所述的锥形双螺杆压缩机转子中，锥形双螺杆压缩机转子具有左旋螺旋面。

42、一种压缩机包括，

43、机体，其包括锥形工作腔；

44、所述的锥形双螺杆压缩机转子，其适配地容纳于锥形工作腔。

45、所述的压缩机中，机体还包括与转子吸排气端对应的轴向吸排气孔口。

46、所述的压缩机中，所述轴向吸排气孔口型线为球面上的空间型线。

47、所述的压缩机中，机体还包括径向吸气孔口。

48、和现有技术相比，本发明具有以下优点：传统的双螺杆压缩机转子通常是直径相等的圆柱形，阴阳转子轴线平行并保持一定中心距，两转子相互啮合实现气体压缩。这种设计限制了转子的几何形状和操作性能，需要较大的设备才能获得足够高的压缩比。本发明将阴阳转子设计为一端大一端小的锥形结构，结构上更加紧凑，提高了空间利用率，同时使基元容积由吸气端到排气端逐渐缩小，能够提供更大的压缩比。进一步的，阴阳转子和机体之间存在泄漏三角形，会导致气体泄漏。本发明的锥形结构能够使泄漏三角形面积由吸气端到排气端逐渐减小，可以减少泄漏，提高压缩机效率。