專利名稱：一種雙螺桿混輸泵齒型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種齒型，特別是一種雙螺桿混輸泵齒型。

背景技術(shù)：
多相混輸技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高效經(jīng)濟(jì)的油田開(kāi)發(fā)方式，它以一臺(tái)多相泵代替輸液泵和氣體壓縮機(jī)，通過(guò)一條管道將油、水、氣體、沙粒及石蠟等組成的多相混合物輸送到中心處理裝置。與傳統(tǒng)的開(kāi)采方式相比，它具有如下明顯的優(yōu)勢(shì)①可去除油氣分離設(shè)備，減少鋼管作業(yè)和鋼材消耗，延長(zhǎng)輸送距離，避免在地理環(huán)境惡劣的地方建設(shè)油氣處理廠，從而大大降低基建投資和管理費(fèi)用；②它通過(guò)降低井口回壓，增加油氣產(chǎn)量，延長(zhǎng)油井壽命。據(jù)報(bào)道，井口壓力減少50％，原油產(chǎn)量可望增加10％～15％；③對(duì)海上油田，油氣混輸意味著可用海底增壓裝置代替平臺(tái)，從而大幅度降低工程投資，與常規(guī)建設(shè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案相比，海底多相混輸方案可降低約40％的基建投資費(fèi)用。因此多相混輸系統(tǒng)是一種適用于邊際油田、沙漠油田及衛(wèi)星油田的高效經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)方式。
多相混輸泵是多相混輸系統(tǒng)中的核心設(shè)備，它是一種集常規(guī)液相泵和氣體壓縮機(jī)性能于一體的多相增壓裝置。在各種形式多相泵中，雙螺桿多相混輸泵因其性能優(yōu)越而倍受各石油生產(chǎn)公司和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。目前雙螺桿混輸泵已能適應(yīng)≤95％的含氣率，能短時(shí)間適應(yīng)100％含氣率的工況，是一種適應(yīng)于高含氣率、高凝固點(diǎn)、高粘度多相混合物的理想增壓裝置。
轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)是雙螺桿多相流混輸泵設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。一方面，型線的合理設(shè)計(jì)可以保證轉(zhuǎn)子之間的正確嚙合，保證轉(zhuǎn)子的軸向和徑向密封，從而形成工作容積的周期性變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)多相流體的增壓過(guò)程。另一方面，對(duì)轉(zhuǎn)子幾何特性的研究是多相泵熱動(dòng)力性能研究和轉(zhuǎn)子成形刀具設(shè)計(jì)的必要條件。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于雙螺桿混輸泵型線的合理設(shè)計(jì)和幾何特性問(wèn)題研究的公開(kāi)報(bào)道還非常少。傳統(tǒng)的螺桿泵型線基本可分為三種類型 1、俗成“方牙形”的型線，這類雙螺桿泵轉(zhuǎn)子工作截面為矩形或梯形。這類型線的螺桿泵能輸送潤(rùn)滑性、非潤(rùn)滑性甚至含有少量顆粒雜質(zhì)的液體，但其密封性較差，為減少液體的泄漏通常需要增加螺旋的導(dǎo)程數(shù)，采用小的螺旋升角。但即使采用這樣的措施，實(shí)際上它的排出壓力也只有0.8MPa左右，若再提高壓力，會(huì)造成效率大副度下降。
2、螺桿工作段橫截面的型線由漸開(kāi)線和擺線組合而成，稱為L(zhǎng)eistritz型。這類型線中漸開(kāi)線和擺線的組合有多種形式。由于采用了兩種曲線的組合，使得密封性得到改善，性能優(yōu)于前一類螺桿泵。其排出壓力可達(dá)到1.5MPa，其中采用國(guó)外稱為B型型線的螺桿泵最高排壓可達(dá)到8MPa。這類泵可輸送非潤(rùn)滑性介質(zhì)。
3、螺桿工作段截面的型線為圓弧、擺線、橢圓及拋物線等曲線組合而成。由于綜合多種曲線的性能優(yōu)點(diǎn)，因此密封性能有較大的改善，可用于較高的排出壓力。
根據(jù)雙螺桿混輸泵多相流體混輸?shù)奶攸c(diǎn)，混輸泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)基本要求為 1、為了保證轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不干涉，螺桿轉(zhuǎn)子型線應(yīng)滿足一般嚙合運(yùn)動(dòng)的要求。即相應(yīng)齒間曲線必須滿足齒廓嚙合的基本規(guī)律，并按嚙合條件求取已知曲線的共軛曲線。
2、為使基元容積具有良好的密封性，要求轉(zhuǎn)子型線有軸向和橫向氣密性。具體說(shuō)來(lái)，除要求轉(zhuǎn)子接觸線連續(xù)外，還要求接觸線短，泄漏三角形面積盡可能小。但實(shí)際上這是一對(duì)相互制約的因素，不可能同時(shí)達(dá)到最滿意的指標(biāo)。一般講來(lái)，采用擺線可有效減少泄漏三角形的面積，但接觸線相對(duì)較長(zhǎng)；采用圓弧可使接觸線縮短，但同時(shí)也增大了泄漏三角形的面積。因此要求視具體情況匹配好這兩者關(guān)系。
3、要求型線有較大的面積利用系數(shù)，這樣不僅能使機(jī)器的尺寸小一些，而且單位容量的泄漏損失也小一些，可使容積效率提高。另外還要求型線流線化以減少氣體流動(dòng)損失，也要便于加工。盡管這些因素目前不能定量計(jì)算，但在型線的設(shè)計(jì)中應(yīng)加以考慮。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)多相流體混輸?shù)奶攸c(diǎn)，提供一種雙螺桿混輸泵齒型，該雙螺桿混輸泵齒型可以有效減少泵體內(nèi)的內(nèi)泄漏，提高泵容積效率，可適應(yīng)于高含氣率工況，并且制造、加工方便。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是由兩個(gè)三頭螺桿組成，其中一個(gè)為凸螺桿，另一個(gè)為凹螺桿，每頭螺桿的齒型相同，沿圓周均勻分布，每頭螺桿的齒型由圓弧-圓弧包絡(luò)線和點(diǎn)嚙合擺線組成，在主要嚙合區(qū)即產(chǎn)生端面嚙合線的嚙合段采用點(diǎn)嚙合擺線和長(zhǎng)肢外擺線，在其他區(qū)域采用圓弧-圓弧包絡(luò)線，三頭凸螺桿型線包括凸螺桿齒底圓弧(a1b1)、凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b1c1)、凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)、凸螺桿長(zhǎng)肢擺線(d1e1)，其中凸螺桿齒底圓弧(a1b1)與凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)同心；三頭凹螺桿型線包括凹螺桿齒頂圓弧(a2b2)、凹螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b2c2)、凹螺桿齒底圓弧(c2d2)、凹螺桿長(zhǎng)肢擺線(d2e2)，其中凹螺桿齒頂圓弧(a2b2)與凹螺桿齒底圓弧(c2d2)同心，且凸螺桿齒頂圓弧的終點(diǎn)(d1)與凸螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)(e1)連線經(jīng)過(guò)凸螺桿的圓心(O1)，凹螺桿齒底圓弧的終點(diǎn)點(diǎn)(d2)與凹螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)(e2)連線經(jīng)過(guò)凹螺桿的圓心(O2)。
本發(fā)明的凸螺桿型線采用方程定義，凹螺桿型線完全由凸螺桿利用嚙合原理，共軛計(jì)算得出，所述三頭凸螺桿齒底圓弧(a1b1)的參數(shù)方程為 所述三頭凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b1c1)的參數(shù)方程為 所述三頭凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)的參數(shù)方程為 所述三頭凸螺桿長(zhǎng)肢擺線(d1e1)的參數(shù)方程為 所述三頭凹螺桿的齒頂圓弧(a2b2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(a1b1)共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的點(diǎn)嚙合擺線(b2c2)由三頭凸螺桿點(diǎn)c1共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的齒底圓弧(c2d2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(c1d1)共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的點(diǎn)嚙合擺線(d2e2)由三頭凸螺桿點(diǎn)d1共軛求出
共軛條件為
式中 x，y——型線上點(diǎn)在坐標(biāo)系(x1o1y1)上的坐標(biāo)； t—坐標(biāo)參數(shù)，此處為角度； A——兩螺桿中心距； R1——凸螺桿齒底半徑； R′1——凸螺桿齒頂半徑； R2——凹螺桿齒底半徑； R′2——凹螺桿齒頂半徑； k——角度系數(shù)，值等于滾動(dòng)圓半徑與固定圓半徑比值加1。
1——凸螺桿下標(biāo) 2——凹螺桿下標(biāo) 本發(fā)明的三頭凸螺桿齒頂半徑大于三頭凹螺桿齒頂半徑即R′1＝(1.4～2.0)R′2。
本發(fā)明的雙螺桿混輸泵的型線由兩個(gè)三頭螺桿型線組成，其中一個(gè)為凸螺桿型線，另一個(gè)為凹螺桿型線。本發(fā)明的雙螺桿混輸泵齒型線完全符合嚙合原理，兩轉(zhuǎn)子型線相互共軛，型線形成的嚙合線封閉，轉(zhuǎn)子形成的接觸線連續(xù)，從而使得采用本發(fā)明齒型的雙螺桿混輸泵能夠適用于更高的輸送壓力和高含氣率的多相介質(zhì)輸送的場(chǎng)所。同時(shí)，采用本發(fā)明雙螺桿混輸泵齒型的螺桿加工方便、效率高。



圖1是本發(fā)明的雙螺桿混輸泵齒型相互嚙合的兩只螺桿轉(zhuǎn)子截面的型線示意圖； 圖2是本發(fā)明的雙螺桿混輸泵齒型凸螺桿立體示意圖； 圖3是本發(fā)明的雙螺桿混輸泵齒型凹螺桿立體示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便更清楚的理解本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式和特點(diǎn)。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明由兩個(gè)三頭螺桿組成，其中一個(gè)為凸螺桿，另一個(gè)為凹螺桿，型線采用圓弧-圓弧包絡(luò)線和點(diǎn)嚙合擺線組成。在主要嚙合區(qū)產(chǎn)生端面嚙合線的嚙合段，著眼于減少泄漏三角形面積而采用點(diǎn)嚙合擺線，包括凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線b1c1、凸螺桿齒頂圓弧c1d1、凸螺桿長(zhǎng)肢擺線d1e1、凹螺桿點(diǎn)嚙合擺線b2c2和凹螺桿長(zhǎng)肢擺線d2e2；在其他區(qū)域，著眼于縮短接觸線長(zhǎng)度和便于加工制造，采用圓弧-圓弧包絡(luò)線，包括凸螺桿齒底圓弧a1b1、凸螺桿齒頂圓弧c1d1、凹螺桿齒頂圓弧a2b2、凹螺桿齒底圓弧c2d2，其中凸螺桿齒底圓弧a1b1與凸螺桿齒頂圓弧c1d1同心，凹螺桿齒頂圓弧a2b2與凹螺桿齒底圓弧c2d2同心。且凸螺桿齒頂圓弧的終點(diǎn)d1與凸螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)e1連線經(jīng)過(guò)凸螺桿的圓心O1，凹螺桿齒底圓弧的終點(diǎn)點(diǎn)d2與凹螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)e2連線經(jīng)過(guò)凹螺桿的圓心O2，凸螺桿的齒底圓半徑和齒頂圓半徑分別為R1、R′1；凹螺桿的齒底圓半徑和齒頂圓半徑分別為R2、R′2。
凸螺桿齒底圓弧a1b1段是以o1為圓心的圓弧，其半徑為齒底圓半徑R1；凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線b1c1段是點(diǎn)b2形成的點(diǎn)嚙合擺線，點(diǎn)b2在凸螺桿的齒頂圓上，角凸螺桿齒頂圓弧c1d1段是以o1為圓心的圓弧，其半徑為齒頂圓半徑R′1。凸螺桿長(zhǎng)肢擺線d1e1段是點(diǎn)e2以凹螺桿齒底圓為滾圓形成的長(zhǎng)肢外擺線，點(diǎn)e2為凸螺桿的齒底圓與x軸的交點(diǎn)。
凹螺桿各段型線完全由凸螺桿各型線段、點(diǎn)根據(jù)嚙合原理共軛生成。其中凹螺桿齒頂圓弧a2b2段由凸螺桿型線上的齒底圓弧a1b1段共軛求出；凹螺桿點(diǎn)嚙合擺線b2c2由凸螺桿型線上的點(diǎn)c1共軛求出；凹螺桿齒底圓弧c2d2段由凸螺桿型線上的齒底圓弧c1d1段共軛求出凹螺桿長(zhǎng)肢擺線d2e2段由凸螺桿型線上的點(diǎn)d1共軛求出。
本發(fā)明各段組成曲線方程如下 坐標(biāo)系的建立如圖1所示，圓心o1，o2分別在兩只轉(zhuǎn)子的軸線上。
凸螺桿型線方程 (1)齒底圓弧(a1b1)的參數(shù)方程為 式中 x，y-------型線上點(diǎn)在坐標(biāo)系(x1o1y1)上的坐標(biāo)； t------坐標(biāo)參數(shù)，此處為角度； R1--------凸螺桿齒底半徑。
(2)點(diǎn)嚙合擺線(b1c1)的參數(shù)方程為 式中 A------兩螺桿中心距； R2--------凹螺桿齒底半徑； k-------角度系數(shù)，值等于滾動(dòng)圓半徑與固定圓半徑比值加1。
(3)齒頂圓弧(c1d1)的參數(shù)方程為 式中 R′1--------凸螺桿齒頂半徑； (4)長(zhǎng)肢擺線(d1e1)的參數(shù)方程為 式中 R′2--------凹螺桿齒頂半徑； 凸螺桿其他段型線由a1b1c1d1e1沿圓周方向均勻分布組成。凹螺桿型線方程 (1)齒頂圓弧(a2b2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(a1b1)共軛求出
共軛條件為
(2)點(diǎn)嚙合擺線(b2c2)由三頭凸螺桿點(diǎn)c1共軛求出
共軛條件為
(3)齒底圓弧(c2d2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(c1d1)共軛求出
共軛條件為
(4)點(diǎn)嚙合擺線(d2e2)由三頭凸螺桿點(diǎn)d1共軛求出
共軛條件為
凹螺桿其他段型線由a2b2c2d2e2沿圓周方向均勻分布組成。
根據(jù)上述方程，在螺桿轉(zhuǎn)子齒頂圓半徑、齒底圓半徑和中心距確定后便可以確定兩個(gè)轉(zhuǎn)子的型線方程。
將圖1得到的混輸泵的型線沿z方向按照一定得螺距進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，即可得到圖2、圖3的凸螺桿和凹螺桿。
權(quán)利要求
1、一種雙螺桿混輸泵齒型，其特征在于由兩個(gè)三頭螺桿組成，其中一個(gè)為凸螺桿，另一個(gè)為凹螺桿，每頭螺桿的齒型相同，沿圓周均勻分布，每頭螺桿的齒型由圓弧-圓弧包絡(luò)線和點(diǎn)嚙合擺線組成，在主要嚙合區(qū)即產(chǎn)生端面嚙合線的嚙合段采用點(diǎn)嚙合擺線和長(zhǎng)肢外擺線，在其他區(qū)域采用圓弧-圓弧包絡(luò)線，三頭凸螺桿型線包括凸螺桿齒底圓弧(a1b1)、凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b1c1)、凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)、凸螺桿長(zhǎng)肢擺線(d1e1)，其中凸螺桿齒底圓弧(a1b1)與凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)同心；三頭凹螺桿型線包括凹螺桿齒頂圓弧(a2b2)、凹螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b2c2)、凹螺桿齒底圓弧(c2d2)、凹螺桿長(zhǎng)肢擺線(d2e2)，其中凹螺桿齒頂圓弧(a2b2)與凹螺桿齒底圓弧(c2d2)同心，且凸螺桿齒頂圓弧的終點(diǎn)(d1)與凸螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)(e1)連線經(jīng)過(guò)凸螺桿的圓心(O1)，凹螺桿齒底圓弧的終點(diǎn)點(diǎn)(d2)與凹螺桿長(zhǎng)肢擺線的終點(diǎn)(e2)連線經(jīng)過(guò)凹螺桿的圓心(O2)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙螺桿混輸泵齒型，其特征在于所說(shuō)的凸螺桿型線采用方程定義，凹螺桿型線完全由凸螺桿利用嚙合原理，共軛計(jì)算得出，所述三頭凸螺桿齒底圓弧(a1b1)的參數(shù)方程為
所述三頭凸螺桿點(diǎn)嚙合擺線(b1c1)的參數(shù)方程為
所述三頭凸螺桿齒頂圓弧(c1d1)的參數(shù)方程為
所述三頭凸螺桿長(zhǎng)肢擺線(d1e1)的參數(shù)方程為
所述三頭凹螺桿的齒頂圓弧(a2b2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(a1b1)共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的點(diǎn)嚙合擺線(b2c2)由三頭凸螺桿點(diǎn)c1共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的齒底圓弧(c2d2)由三頭凸螺桿齒底圓弧(c1d1)共軛求出
共軛條件為
所述三頭凹螺桿的點(diǎn)嚙合擺線(d2e2)由三頭凸螺桿點(diǎn)d1共軛求出
共軛條件為
式中
x，y——型線上點(diǎn)在坐標(biāo)系(x1o1y1)上的坐標(biāo)；
t——坐標(biāo)參數(shù)，此處為角度；
A——兩螺桿中心距；
R1——凸螺桿齒底半徑；
R′1——凸螺桿齒頂半徑；
R2——凹螺桿齒底半徑；
R′2——凹螺桿齒頂半徑；
k——角度系數(shù)，值等于滾動(dòng)圓半徑與固定圓半徑比值加1。
1——凸螺桿下標(biāo)
2——凹螺桿下標(biāo)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙螺桿混輸泵齒型，其特征在于所說(shuō)的三頭凸螺桿齒頂半徑大于三頭凹螺桿齒頂半徑即R′1＝(1.4～2.0)R′2。
全文摘要
一種雙螺桿混輸泵齒型，該雙螺桿混輸泵齒型的型線由兩個(gè)三頭螺桿型線組成，其中一個(gè)為凸螺桿型線，另一個(gè)為凹螺桿型線。凸螺桿型線采用方程定義，每頭螺桿的齒型相同，沿圓周均勻分布。每頭螺桿的齒型由圓弧-圓弧包絡(luò)線和點(diǎn)嚙合擺線組成，在主要嚙合區(qū)采用點(diǎn)嚙合擺線和長(zhǎng)肢外擺線，在其他區(qū)域采用圓弧-圓弧包絡(luò)線。凹螺桿型線完全由凸螺桿利用嚙合原理，共軛計(jì)算得出。本發(fā)明的雙螺桿混輸泵齒型線完全符合嚙合原理，兩轉(zhuǎn)子型線相互共軛，型線形成的嚙合線封閉，轉(zhuǎn)子形成的接觸線連續(xù)，從而使得采用本發(fā)明齒型的雙螺桿混輸泵能夠適用于更高的輸送壓力和高含氣率的多相介質(zhì)輸送的場(chǎng)所。同時(shí)，采用本發(fā)明雙螺桿混輸泵齒型的螺桿加工方便、效率高。
文檔編號(hào)F04C15/00GK101603532SQ200910023138
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者鋒 曹, 李松山, 邢子文, 束鵬程 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)