[发明专利]一种定点共轭的3扭叶容积转子副和动力斜齿轮副

说明书

本发明公开一种定点共轭的3扭叶转子容积副及斜齿动力副，3扭叶转子容积副包括端面轮廓相同、螺旋方向相反、螺旋角相同的两个非接触式3扭叶转子，所述斜齿动力副包括端面轮廓相同、螺旋方向相反、螺旋角相同的两个接触式标准渐开线圆柱斜齿轮，3扭叶转子容积副和斜齿动力副的端面节圆半径、螺旋角相等，同轴上3扭叶转子与标准渐开线圆柱斜齿轮的螺旋方向相反。本发明具有最大化的形状系数和容积利用系数、更小的径向泄漏率和共轭泄漏率，无理论上的流量脉动和轴向力的有益效果。

技术领域

本发明属于转子泵技术领域，具体涉及作为容积副转子的一种具有高容积效率和理论上无脉动的3扭叶轮廓构造，以及作为动力副斜齿轮就理论轴向力与容积副转子相互抵消的耦合确定。

背景技术

转子泵是利用两个完全相同的转子即转子容积副，在非接触共轭旋转过程中，所产生的进口真空吸力将介质输送到出口的一类容积设备，转子副的旋转动力由轴向另一具有8°～20°螺旋角的斜齿动力副提供。高容积效率和低噪音是转子泵的两个主要追求目标，美国石油协会API676标准和SH/T 3151-2013石油化工转子泵工程技术规范对此也有明确要求。

高容积效率主要由容积利用系数最大化和内泄漏最小化的轮廓构造来实现，且容积利用系数最大化等价于转子的形状系数(＝转子顶半径/端面节圆半径)的最大化轮廓构造。由轮廓构造所导致的流量脉动及压力脉动是噪音产生的主要来源，虽然大叶数或扭叶均能降低流量脉动，但大叶数在脉动改善有限的同时也大幅度降低了转子的形状系数，往往属于一种“得不偿失”的间接方法；而扭叶虽然加工难度有所增加，却能在不改变形状系数的前提下，大幅度降低流量脉动及压力脉动，甚至达到理论上的无脉动效果，属于一种“快速有效”的直接方法。

就形状系数完全由转子共轭轮廓段唯一决定的普通转子而言，目前具有最大化形状系数的共轭轮廓段曲线类型为圆弧和渐开线，其上限分别为2叶、3叶、4叶下1.670、1.477、1.368和1.618、1.464、1.366，但至今尚没有解决共轭轮廓段为何曲线类型时，普通转子能取得所有曲线类型中的最大形状系数问题。其中，共轭轮廓段常由节圆外共轭和节圆内共轭的两部分轮廓段组成。

转子泵内泄漏主要由径向泄漏、轴向泄漏和共轭区泄漏三部分组成，虽然轴向泄漏受转子轮廓构造影响很小，但通过与泵壳内圆面径向的等缝隙密封和共轭区多点位密封(类似于重合度1齿轮传动中的多啮合点)的轮廓改进，是能有效抑制径向泄漏及共轭泄漏的。

虽然直叶转子副共轭区多点位密封易引起其内介质类似于齿轮泵困油现象的压力冲击，但扭叶转子轴向的共轭缝隙长度是变化的，只要两端轮廓的轴向错角和宽径比(＝轴向宽度/端面节圆直径)设计得当，再加上转子间存在的非接触间隙和不太高的转速，因此扭叶转子副是不会造成所谓“困油现象”的，但其所产生的有害轴向力需加以抵消或部分抵消，否则会加大装置中的摩擦损失和缩短工作寿命。

发明内容

本发明针对背景技术中转子泵所期望的更高容积效率和无理论上的流量脉动及轴向力，由节圆内共轭轮廓段收缩聚集到节圆上的定点几何关系和无理论流量脉动所需的转子两端轮廓60°扭叶错角及泵壳包容角结构设计需要，提出了一种端面轮廓具有所有共轭轮廓曲线类型中的最大形状系数、径向等密封间隙、共轭区多点位密封及转子两端面轮廓60°扭叶错角和17.5°～18.5°螺旋角的3扭叶转子，以及就理论轴向力与容积副相互抵消的具有相同的17.5°～18.5°螺旋角的标准渐开线圆柱斜齿轮的确定。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一种定点共轭的3扭叶转子容积副及斜齿动力副，其特征在于：所述3扭叶转子容积副包括端面轮廓相同、螺旋方向相反、螺旋角相同的两个非接触式3扭叶转子，所述斜齿动力副包括端面轮廓相同、螺旋方向相反、螺旋角相同的两个接触式标准渐开线圆柱斜齿轮，3扭叶转子容积副和斜齿动力副的端面节圆半径、螺旋角相等，同轴上3扭叶转子与标准渐开线圆柱斜齿轮的螺旋方向相反。