雙螺杆真空泵轉子接觸線及動平衡特性研究
2019-10-14 09:34:25

對一種雙螺杆真空泵普遍使用的,由長幅外擺線和漸開線構成的端麵型線轉子進行了研究,推導出轉子接觸線方程的一般求法,同時給出利用MATLAB 表現空間接觸線的新式方法;分析各段接觸線的構成,給出了所天生接觸線的外形、長度的計算和一個齒間容積內不同轉角位置時接觸線的長度變化規律。其次 ,根據簡化轉子力學模型研究了轉子的動平衡特性, 提出了兩種動平衡設計方案 。亞洲流體網為其它雙螺杆泵轉子的接觸線和動平衡特性研究提供了理論根據及參考方法。

近年來,幹式螺杆真空泵以其結構簡單緊湊、能耗低、壽命長、抽氣腔元件無摩擦、無油汙染等優越性能,而逐步成為市場需求量很大的真空獲得設備。幹式螺杆真空泵研發的最關鍵技術之一,就是螺杆轉子及其型線研究 。轉子螺旋齒麵實質上也就是這些閉合曲線沿螺旋線掃描而形成的螺旋麵,伴隨著轉子型線設計的不同,也就有了各種類型的螺杆泵。對於螺杆泵轉子型線的要求,首要是要在齒間容積之間有優越的密封性能 ,由於這些齒間容積是實現氣體壓縮和排氣的工作腔。

同時螺杆轉子齧合時,接觸線的外形和長度在很大程度上決定了螺杆真空泵的抽氣性能,所以在轉子型線設計中,除了設計轉子型線的各構成曲線外,還要精確的計算轉子型線的空間瞬時接觸線。目前,國內外學者在設計轉子型線時,多偏向於設計轉子型線的構成,而對接觸線的計算則很少,未給予足夠的重視。本文對一種常用的由長幅外擺線 、漸開線及兩段圓弧構成的端麵型線,計算了轉子的接觸線;其結論和方法適用於其它任何類型螺杆泵接觸線的計算,具有普遍的參考價值。

其次 ,作為螺杆轉子設計的技術訣竅之一,轉子動平衡的設計方法一向缺少公然發表的相關文獻 。針對目前螺杆真空泵中常用的單頭等螺距螺杆轉子,根據簡化轉子力學模型研究了轉子的動平衡特性,給出了其能達到完全動平衡的處理方案。

一、轉子模型及空間坐標係建立

設定轉子端麵型線及螺杆轉子參數:齒頂圓Rt=90mm,齒根圓Rr=30mm,漸開線基圓r=Rr,節圓(齧合圓)r1=60mm,螺杆轉子導程p=95mm,轉子取4.5 個導程長 。

轉子端麵型線及其三維模型如圖1 所示;其中漸開線cd 是由標準漸開線GE,通過旋轉其與節圓交點F 至齧合點H 處得到;為保證接觸線連續在cd 間加進了與另一轉子d 點同一名置相齧合的長幅外擺線cc1。

二、結論

研究了一種雙螺杆真空泵轉子的接觸線及動平衡的特性,其結論和方法適用於其它任何類型螺杆轉子的計算,具有普遍的參考價值,具體研究成果有:

(1) 推導出可利用於實際計算的接觸線方程,其它線型也可用這類一般方法來推導其轉子的接觸線方程。

(2)利用MATLAB 實現空間螺旋麵相交的方法,求取相近點,描述出了螺杆轉子的接觸線,此方法直觀便捷,且不易出錯。

(3)設計了一種天生接觸線外形和計算接觸線長度的方法,此方法固然是近似求解,但隻要取的點數足夠多,就可達到很高的精度,滿足實際需要。

(4)通過簡化轉子的受力模型,分析求解轉子等效在兩端麵上的質徑積,簡單求解就能得出螺旋轉子的兩種動平衡方案。

(作者:中国石油报)