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非接触式转子泵转子理论型线与实际型线设计
作者:管理员    发布于:2016-07-27 09:14:49    文字:【】【】【

  张铁柱张洪信赵红(青岛大学理工学院青岛266071)线设计要求及优化设计方法,就摆线转子型线建立了以小型轻量为目标的型线优化设计模型和内泄模型,给出了依据转子泵内泄来确定转子实际型线的方法,为非接触式转子泵设计奠定了基础。给出了转子型线设计的实例。

  刖g目前,非接触转子泵己在食品加工、造纸、污水处理等领域广泛应用,在某些行业己取代其他工业泵。国内此类型泵主要用于鼓风机中,转子腔内装有两个相同的转子,转子多为23叶,转子间、转子与转子腔内壁间根据所输送的流质不同,设有一定的间隙。随着两转子的同步转动,流体通过泵入口被吸入转子腔,并在转子腔内获得一定的能量,在泵出口处,以一定的压力和速度排出。

  转子的端面型线有渐开线、摆线和圆弧三种。

  渐开线型的转子腔容积利用系数较高,在鼓风机中应用较多,而摆线型转子,工业泵中应用较多。两叶转子均为直叶,三叶转子有直叶和扭叶两种,增加转子叶数或选用扭叶,能改善流质输送的不均匀性,故本文主要讨论2与3叶转子摆线转子型线的设计问题。

  1理论型线设计1.1型线设计要求非接触式转子泵工作时,依靠传动比为1的一对齿轮来驱动,两转子在等速转动过程中,任一瞬时,转子理论型线必须满足以下两个基本条件:①两转子有的接触点。②两转子接触点处的速度矢量,在接触点公法线方向上投影为零。该条件称为转子型线的共扼条件,满足共扼条件的转子型线称为共扼型线。

  转子理论型线除满足共扼条件外,还应满足以下要求:①泵腔容积利用系数尽可能大。②叶型有20011101收到初稿,20020530收到修改稿良好的几何对称性,运转平稳,噪声低,互换性好。

  ③转子叶有足够的强度和刚度。④加工工艺性好,易达到较高的精度。

  1.2摆线叶型的组成与叶型参数说明如所示,摆线叶型由两部分组成,一是叶峰,叶峰是以02为圆心,以为半径的圆弧,位于节圆以外;二是叶谷,叶谷是以叶峰为基准的共扼曲线,位于节圆以内。

  摆线叶型与叶型参数d两转子转动中心距R――节圆半径,及=/2r――叶峰圆半径d2――转子转动中心与叶峰圆弧中心之间的距离d3――叶谷中心与转动中心间的距离――0y02B 1.3转子轮廓型线方程式对于双叶和三叶转子,确定叶峰叶谷界限的角度分别等于60°和90°(见),转子各部分几何尺寸之间的关系为:张铁柱等:非接触式转子泵转子理论型线与实际型线设计转子1和2固连,固定坐标系X、7与机架固连。

  设转子1转过了P角,而叶峰中心由到C位置,转子1在该位置由于法线MC通过啮合节点P,所以叶峰齿廓在M点进入啮合。

  双叶其他约束条件均为计算约束。

  目标函数D.为单位转子腔容积的排量,笮根据所示的转子间的啮合关系,经过推导整理得转子2的叶谷齿廓在坐标系(中的方程为双叶转子一45°炉45°三叶转子一30.炉30°根据木/尺值的不同,可以得到性质不同的齿廓,见表。

  表摆线转子齿廓与木况的关系叶片数光滑凸带拐点的光滑带尖点形齿廓凸形齿廓的齿廓转子叶峰轮廓方程是一段圆弧,其端点是叶谷轮廓端点,圆心为C.,半径为r. 1.4转子型线参数优化设计转子型线根据目标函数优原则并结合其他性能要求确定。

  1.4.1优化设计数学模型设计变量根据推导整理得双叶三叶双叶三叶双叶三叶去L6,⑷帅根据上述模型,可以确定p主要受边界条件约束),使得。通过计算,优化设计变量*=木AR越趋于上限0.928 8,泵单位转子腔容积的排量£。越高。实际设计中A:值的确定,除考虑P外,还要考虑转子的进出口尺寸、几何形状和内泄等。

  1.4.2转子叶型参数与型线坐标确定根据要求的实际输出流量办/(mlr1),可确定栗排量为确定,初选值可取为200600r/min.机械工程学报从而转子腔容积则6、/尺寸值根据主轴刚度、转子强度、泵几何尺寸、泄漏等条件进行分配。6、值确定后,其他几何尺寸可依次确定为r=kxRd3=2R-r-d2叶谷齿廓坐标由式(1)确定。

  2转子实际型线设计2.1内泄分析内泄可分为两种类型,转子间及两转子叶峰齿廓与转子腔内壁间的泄漏认为是薄壁小孔类型;两转子两侧隙的泄漏,认为是与流质流经两平行平面的情况。分析中认为同一类型的不同途径的泄漏流量相等,因此总的内泄流量为+2令年隙,一般C――流量系数,一般为0.600.62流质密度M流质的动力粘度2.2实际型线设计处于理论型线下的一对转子是相互啮合的,实际工作中的两转子,为保证正常运转,两转子间及转子与转子腔壁间需要一定的间隙,间隙是影响泵的工作效率与工作可靠性的重要因素。从效率角度看,间隙越小,内泄越少,泵的工作效率也就越高;从工作可靠性角度看,间隙的存在可以避免转子间及转子与壳体间的咬合与干涉。

  因此间隙是非接触式转子泵设计中的一个重要参数。设计中主要考虑静态间隙。

  静态间隙的取值受很多制约因素影响,如容积效率、制造工艺水平、使用流质及流质温度等,静态间隙取值,根据内泄流量分析和经验数据推静态间隙h确定后,实际型线即可根据理论型线确定。两转子理论型线,在接触处沿法线方向各向内部移动A/2,所得型线即为实际型线。

  转子与转子腔壁之间的间隙可取2//3. 3型线设计实例要求设计一样品泵,转子叶数为两叶,转子型线采用摆线,流量为24.0m3/h,栗输入转速np=300r/min,进口内径为100mm,出口内径为86mm,初选;产0.65,各种间隙初选为0.2mm. 8时,转子宽度尺寸过小,不能满足进出口尺寸要求,根据经验取后确定)fc=0.744,计算得到转子的尺寸参数如下(单位mm):6=90.938、及=60.0、转子端面如所示,8段转子轮廓实际型线方程为5C段转子轮廓实际型线方程为x张铁柱等:非接触式转子泵转子理论型线与实际型线设计其余各段可由和5C段相对;C、轴对称得到。

  4结论(1)非接触式转子泵转子理论型线设计主要考虑单位转子腔容积的排量Z)。,Z)。随设计变量/2伙递增。实际设计中灸值的确定,除考虑乃。外,还要考虑转子的进出口尺寸、几何形状等。

  (2)非接触式转子栗转子实际型线根据理论型线确定,设计中主要考虑静态间隙,两转子间及转子与转子腔壁间静态间隙值为=0.17

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