一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法技术

一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，包括：a、获得第一和第二螺杆转子从指定常温温度升温到指定高温温度下的理论热态三维模型，得到转子中心距变化量：b、获得第一螺杆转子在指定高温温度下的理论热态端面型线；c、根据理论热态端面型线以及转子中心距变化量，得到第二螺杆转子的实际热态端面型线；d、获得第二螺杆转子从指定高温温度冷却到指定常温温度时的实际冷态三维模型；e、获得第二螺杆转子的实际冷态端面型线；f、在实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，将第一螺杆转子的理论冷态端面型线和第二螺杆转子的实际冷态端面型线作为设计结果。本发明专利技术能避免高温下转子变化量与转子中心距变化量不同步造成的泄露量增加。

A Design Method of End Face Tooth Profile of Twin-Screw Rotor for High Temperature Conditions

A design method for the end profile of twin-screw rotors suitable for high temperature conditions includes: A. obtaining the theoretical thermal three-dimensional model of the first and second screw rotors from the specified normal temperature to the specified high temperature, obtaining the variation of the center distance of the rotors: B. obtaining the theoretical thermal end profile of the first screw rotors at the specified high temperature; C. according to the theoretical thermal end profile; The actual hot end profile of the second screw rotor is obtained by changing the line and the center distance of the rotor; D. The actual cold three-dimensional model of the second screw rotor is obtained when the second screw rotor is cooled from the specified high temperature to the specified normal temperature; E. The actual cold end profile of the second screw rotor is obtained; f. When the actual hot end profile does not have a self-crossing curve section, the first screw rotor's physical characteristics are obtained. The cold end profile and the actual cold end profile of the second screw rotor are considered as the design results. The invention can avoid the increase of leakage caused by the synchronization of rotor variation and rotor center distance variation at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法
本专利技术涉及一种适用于高温工况的双螺杆端面齿型的设计方法。
技术介绍
双螺杆机包括双螺杆压缩机和双螺杆膨胀机。现有的双螺杆机主要应用于常温工况，应用于高温工况、尤其是300℃以上的高温工况的场合较少，本领域技术人员普遍缺乏如何设计适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的经验。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，采用该方法设计的齿型能够避免高温下转子变化量与转子中心距变化量不同步造成的泄露通道。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供了一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，包括以下步骤：a、通过型线设计软件构建第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线；将获得的第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态端面型线导入三维仿真软件，生成第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型；用三维仿真软件绘制出双螺杆机的轴承座的三维模型，并与第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型装配起来，得到双螺杆机三维装配模型；基于双螺杆机三维装配模型获得第一螺杆转子和第二螺杆转子从指定的常温温度升温到指定的高温温度下的理论热态三维模型，确定第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定的高温温度下的中心距变化量：b、根据第一螺杆转子在指定的高温温度下的理论热态三维模型，截取出第一螺杆转子在指定高温温度下的理论热态端面型线；c、根据第一螺杆转子的理论热态端面型线、以及第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定高温温度下的中心距变化量，通过型线设计软件构建出第二螺杆转子的实际热态端面型线；d、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，直接将第二螺杆转子的实际热态端面型线导入三维仿真软件，生成第二螺杆转子在指定的高温温度下的实际热态三维模型，基于第二螺杆转子的实际热态三维模型获得第二螺杆转子从指定的高温温度冷却到指定的常温温度时的实际冷态三维模型；e、根据第二螺杆转子的实际冷态三维模型，截取出第二螺杆转子在指定的常温温度下的实际冷态端面型线；f、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，将第一螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线和第二螺杆转子在指定的常温温度下的实际冷态端面型线作为双螺杆转子端面齿型的设计结果。本专利技术至少具有以下优点和特点：根据本专利技术实施例的适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，充分考虑了高温工况下转子中心距变化量与转子变化量不匹配的问题，利用三维仿真软件获得两个螺杆转子在高温工况下的中心距变化量、以及其中一个螺杆转子在高温工况下的理论热态端面型线，以该其中一个螺杆转子在高温工况下的理论热态端面型线为基准，根据转子中心距变化量，通过型线设计软件获得与其中一个螺杆转子的理论热态端面型线相匹配的另一个螺杆转子的热态端面型线，进而得到两个转子在指定常温温度下的冷态端面型线，避免了高温工况下因转子中心距变化量与转子变化量不匹配造成的泄露通道。附图说明图1示出了处于高温工况下的双螺杆机的阴转子和阳转子。图2示出了本专利技术的一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法的一个实施例的流程示意图。图3示出了根据本专利技术一实施例的第二螺杆转子的实际热态端面型线的示意图。图4示出了图3的P1处的局部放大示意图。图5示出了图3的P2处的局部放大示意图。图6示出了根据本专利技术一实施例的第一螺杆转子的理论冷态端面型线以及优化后的理论冷态端面型线的示意图。图7示出了图6的P3处的局部放大示意图。图8示出了图6的P4处的局部放大示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。对于双螺杆机而言，当进气温度高于一定值时，就必须考虑热膨胀效应，需要在设计转子间隙时预先留有膨胀余量。同时，双螺杆机是通过两个转子相互啮合作用，形成齿间容积变化，来实现压缩或膨胀。两个转子之间存在中心距，中心距的实际尺寸通常不受转子影响，而是取决于双螺杆机的轴承座等铸件（轴承座可以是独立的一个部件也可以是与双螺杆机的机壳一体成型），它们通常与转子的材质不同。当双螺杆机工作于300℃以上的高温工况时，首先，由于转子和轴承座的材质不同，其热膨胀系数不同，在相同温度下的热变化量会有所不同；其次，由于转子与轴承座的温度也不同，转子的变化量与中心距的变化量通常不同步，此时，会在转子节圆处本应密封的位置产生泄露通道，泄露通道会随着温度的升高和转子尺寸的增加而增大。特别是，蒸汽温度高于300℃、转子直径大于400mm时，泄露量有所增大。图1中示出了处于高温工况下的双螺杆机的阴转子91的节圆位置S点，表明在S点处会产生泄漏通道，图1还示出了阳转子92。图2示出了本专利技术的一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法的一个实施例的流程示意图。请参阅图2，根据本专利技术一实施例的适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，包括以下步骤：a、通过型线设计软件构建第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线，在本实施例中，指定的常温温度为10℃-30℃之间的任一温度；将获得的第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态端面型线导入三维仿真软件，生成第一螺杆转子和第二螺杆阳转子的理论冷态三维模型；用三维仿真软件绘制出双螺杆机的轴承座的三维模型，并与第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型装配起来，得到双螺杆机三维装配模型；然后利用三维仿真软件基于所述双螺杆机三维装配模型获得第一螺杆转子和第二螺杆转子从所述指定的常温温度升温到指定的高温温度下（热膨胀后)的理论热态三维模型，确定第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定的高温温度下的中心距变化量；第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定的高温温度下的中心距变化量为第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的高温温度下的中心距与第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的中心距之间的差值。在通过型线设计软件构建第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线时可以知道第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定的常温温度下的中心距，而第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定的高温温度下的中心距可通过三维仿真软件的功能来获得，从而可以确定第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定高温温度下的中心距变化量。在本实施例中，指定的高温温度为300℃-400℃之间的任一温度；三维仿真软件为三维有限元仿真软件，但不限于此。b、根据第一螺杆转子在指定的高温温度下的理论热态三维模型，利用三维仿真软件截取出第一螺杆转子在该指定高温温度下的理论热态端面型线；c、根据第一螺杆转子的理论热态端面型线、以及第一螺杆转子与第二螺杆转子在指定高温温度下的中心距变化量，通过型线设计软件构建出第二螺杆转子的实际热态端面型线，也即第一螺杆转子的理论热态端面型线的啮合型线；d、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，直接将第二螺杆转子的实际热态端面型线导入三维仿真软件，生成第二螺杆转子在指定的高温温度下的实际热态三维模型，基于第二螺杆转子在指定高温温度下的实际热态三维模型获得第二螺杆转子从指定的高温温度冷却到指定的常温温度时的实际冷态三维模型；e、根据第二螺杆转子在指定的常温温度下的实际冷态三维模型，截取出第二螺杆转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过型线设计软件构建第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线；将获得的第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态端面型线导入三维仿真软件，生成第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型；用所述三维仿真软件绘制出双螺杆机的轴承座的三维模型，并与第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型装配起来，得到双螺杆机三维装配模型；基于所述双螺杆机三维装配模型获得第一螺杆转子和第二螺杆转子从所述指定的常温温度升温到指定的高温温度下的理论热态三维模型，确定第一螺杆转子与第二螺杆转子在所述指定的高温温度下的中心距变化量；b、根据第一螺杆转子在所述指定的高温温度下的理论热态三维模型，截取出第一螺杆转子在所述指定高温温度下的理论热态端面型线；c、根据第一螺杆转子的所述理论热态端面型线、以及第一螺杆转子与第二螺杆转子在所述指定高温温度下的中心距变化量，通过型线设计软件构建出第二螺杆转子的实际热态端面型线；d、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，直接将第二螺杆转子的实际热态端面型线导入三维仿真软件，生成第二螺杆转子在所述指定的高温温度下的实际热态三维模型，基于第二螺杆转子的实际热态三维模型获得第二螺杆转子从所述指定的高温温度冷却到所述指定的常温温度时的实际冷态三维模型；e、根据第二螺杆转子的实际冷态三维模型，截取出第二螺杆转子在指定的常温温度下的实际冷态端面型线；f、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，将第一螺杆转子在所述指定的常温温度下的理论冷态端面型线和第二螺杆转子在所述指定的常温温度下的实际冷态端面型线作为双螺杆转子端面齿型的设计结果。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过型线设计软件构建第一螺杆转子和第二螺杆转子在指定的常温温度下的理论冷态端面型线；将获得的第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态端面型线导入三维仿真软件，生成第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型；用所述三维仿真软件绘制出双螺杆机的轴承座的三维模型，并与第一螺杆转子和第二螺杆转子的理论冷态三维模型装配起来，得到双螺杆机三维装配模型；基于所述双螺杆机三维装配模型获得第一螺杆转子和第二螺杆转子从所述指定的常温温度升温到指定的高温温度下的理论热态三维模型，确定第一螺杆转子与第二螺杆转子在所述指定的高温温度下的中心距变化量；b、根据第一螺杆转子在所述指定的高温温度下的理论热态三维模型，截取出第一螺杆转子在所述指定高温温度下的理论热态端面型线；c、根据第一螺杆转子的所述理论热态端面型线、以及第一螺杆转子与第二螺杆转子在所述指定高温温度下的中心距变化量，通过型线设计软件构建出第二螺杆转子的实际热态端面型线；d、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，直接将第二螺杆转子的实际热态端面型线导入三维仿真软件，生成第二螺杆转子在所述指定的高温温度下的实际热态三维模型，基于第二螺杆转子的实际热态三维模型获得第二螺杆转子从所述指定的高温温度冷却到所述指定的常温温度时的实际冷态三维模型；e、根据第二螺杆转子的实际冷态三维模型，截取出第二螺杆转子在指定的常温温度下的实际冷态端面型线；f、在第二螺杆转子的实际热态端面型线不存在自交叉曲线段时，将第一螺杆转子在所述指定的常温温度下的理论冷态端面型线和第二螺杆转子在所述指定的常温温度下的实际冷态端面型线作为双螺杆转子端面齿型的设计结果。2.根据权利要求1所述的一种适用于高温工况的双螺杆转子端面齿型的设计方法，其特征在于，在所述的步骤d中，当第二螺杆转子...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁皓，王漫红，吴佳梅，罗建根，卢笋，马建元，徐冉，
申请(专利权)人：上海齐耀膨胀机有限公司，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31