一种等过流面积的锥螺杆‑衬套副的利记博彩app

本发明涉及单螺杆泵应用领域，尤其涉及一种锥螺杆-衬套副的曲面成形方法，能够输送非常粘稠的介质、含有水的所有介质、含有气体的介质、含有纤维物和固体颗粒的介质等，可以应用于石油、化工、制药等领域。

背景技术：

在单头锥螺杆泵中广泛应用的传统锥螺杆-衬套副大都是容腔减缩结构，锥螺杆与衬套相互啮合形成若干容积逐渐减小的密封腔室，随着锥螺杆在衬套内转动，工作介质不断由锥螺杆-衬套副的入口端输送到出口端。目前现有的一些锥螺杆-衬套副中存在不少缺陷和问题。在专利文件CN 103883522 A和专利文件CN 103775334 A中，提出的锥螺杆衬套副从入口端至出口端的各个截面的过流面积不断减小，各个容腔的体积随之迅速减小，导致了泵的排量较小，各腔室间压力脉动大，流量不平稳，严重影响泵的正常工作及使用寿命。在专利文件WO 2010100134 A2中，提出了等容腔的锥螺杆衬套副，它的每个容腔的体积是相等的，其实现方法是通过通过一系列偏心距、转子直径等参数的组合，使得每个容腔的体积相等，然而这种锥螺杆衬套副从入口端到出口端各个截面的过流面积是不恒定的，这样就增加了流量的不平稳性，同时该专利中没有给出具体的锥螺杆和锥形衬套的表面方程，没有办法进行加工制造，影响了锥螺杆泵的推广和使用。

因此，本发明提供了一种等过流面积的锥螺杆-衬套副，使得锥螺杆-衬套副各个截面的过流面积保持恒定，即均与入口端的过流面积相同，进而每个容腔的体积相等，增大了泵的排量，减小了各腔室间的压力脉动，增大了流量的平稳性，并且从吸入端到排出端压力上升相对较小，在运动过程中相对滑动速度低，故而能有效降低磨损，延长使用寿命。本发明还同时给出了具体的锥螺杆和锥形衬套的表面方程，不仅有利于推进锥螺杆衬套副的理论研究，更有利于锥螺杆泵的推广和使用。相对于等腔室的单头柱螺杆-衬套副而言，当出现磨损时，泵的排量等性能会有所下降，鉴于锥螺杆的锥形形状，可以将转子或者衬套在轴向上移动一小段距离，就可以使各个容腔的体积再次相等，改善了泵的各方面性能，减少了更换转子或衬套的频率，节约了成本。而且针对不同的输送介质，可以通过合理设计锥度等参数，使性能达到最优化。

技术实现要素：

针对现有锥螺杆-衬套副存在的上述缺陷，本发明提供了一种具有等过流面积及等容腔特征的大排量单头锥螺杆-衬套副，为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种锥螺杆-衬套副，其包括锥形螺杆、锥形衬套；锥形螺杆包括锥形螺杆外曲面、锥形螺杆大端面、锥形螺杆小端面；锥形衬套包括锥形衬套内曲面、锥形衬套大端面、锥形衬套小端面和锥形衬套外圆柱面；所述锥形螺杆大端面和锥形衬套大端面组成锥螺杆-衬套副的入口端；所述锥形螺杆小端面和锥形衬套小端面组成锥螺杆-衬套副的出口端。

基于传统锥螺杆-衬套副的曲面成形方法，所提出的新型单头锥螺杆-衬套副的曲面成形方法包括：S1锥形螺杆曲面9的成形方法和S2锥形衬套曲面16的成形方法。

S1锥形螺杆曲面9的曲面成形方法；

S1.1传统锥螺杆曲面方程及过流面积；

传统单头锥螺杆的形状可以这样描述：以一锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与螺旋线的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径与球面半径成线性关系。这些球面所组成的外廓即为锥螺杆曲面，如图2所示。上述锥面螺旋线为圆心锥面螺旋线，其所在的锥面称为转子的基锥，基锥的锥顶称为极点。如果把这些球面圆片在其自身的球面中移动，使其圆心移至基锥中心线上去，则这些球面圆片与极点形成一个圆锥，该圆锥称为生成锥。设圆心锥面螺旋线的螺距为t，基锥半锥角为ξ，生成锥半锥角为θ。

传统锥螺杆曲面方程为

令式中的参数β在0～2π范围内变化，得到的即为某一球面圆圆周的坐标；再让参数α变化，则得到不同球面圆圆周上各点的坐标方程，而这些圆在空间构成锥螺杆表面，因此，式(1)也就是锥螺杆曲面方程。

用半径为ρ的球面截传统锥螺杆和衬套，分别得到球面圆和球面长圆形的截面，则所得球面长圆形与球面圆的面积之差即为半径为ρ的截面处的过流面积，则过流面积S为

S＝S_套-S_杆＝4ρ²ηsinθ＝8ρ²ξsinθ (2)

S1.2等过流面积锥螺杆的曲面成形方法

为了增大排量，使各个球截面的过流面积S始终等于传统锥螺杆-衬套副大端面的过流面积，即S＝8ρ²ξsinθ恒定，则

由0°<θ<90°得

而对于某一个确定的圆心锥面螺旋线来说，基锥半锥角ξ是恒定的，故θ可由式(3)确定，且仅由半径ρ决定。每个球面半径ρ_i对应一个角度θ_i，就可以使每个球截面的过流面积S保持恒定值A₀，进而使每个容腔体积相等，增大了传统锥螺杆泵的排量。角度θ_i不再表示生成锥的半锥角，它随球面半径ρ_i的变化而变化，其几何含义为任一球面半径ρ对应的球面圆轮廓与极点形成的变化锥的半锥角。可见新型锥螺杆曲面与传统锥形螺杆曲面的区别在于新型锥螺杆-衬套副的各截面的过流面积均相等。式(4)表明截面圆半径r与球面半径ρ成反比例关系。式(5)给出了在过流面积A₀和基锥半锥角ξ一定的情况下，球面半径ρ的取值范围。

等过流面积大排量单头锥螺杆曲面描述如下：以一锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与螺旋线的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径与球面半径成反比例关系。这些球面所组成的外廓即为等过流面积大排量单头锥螺杆曲面，如图3所示。需要注意的是极点由于在Z轴负方向较远处，在图3中未显示出来，X和Y轴仅代表方向，不代表实际位置。

将式(3)代入到传统锥螺杆曲面方程式即式(1)中，得到等过流面积大排量单头锥螺杆曲面方程如下

式(6)即为等过流面积大排量单头锥螺杆的曲面方程，该式表示的螺杆旋向为右旋，如果是左旋螺杆，只要将右手坐标系改为左手坐标系，则锥螺杆曲面方程不变。

S2锥形衬套曲面16的成形方法

锥螺杆-衬套副工作时，衬套固定不动，而锥螺杆则在衬套内一边自转一边公转，作定点行星运动。当锥螺杆曲面方程为式(6)时，锥形衬套曲面就是这种确定的相对运动条件下的锥螺杆曲面的包络面。锥形衬套曲面方程的推导过程为先通过坐标转换求出一簇曲面，再根据包络定理和接触条件求出这一簇曲面的包络面(即锥形衬套曲面)。由于等过流面积的单头锥形衬套曲面方程的推导过程与传统单头锥形衬套的曲面方程的推导过程类似，这里直接给出推导出的锥形衬套的曲面方程，如下：

式(6)中的和分别表示锥螺杆的公转角度和自转角度，且满足关系：和分别为的两组解。X₂，Y₂，Z₂表示等容腔大排量单头锥螺杆的曲面方程坐标。将式(5)代入到式(6)中，即可得到完整的等容腔大排量单头锥形衬套的曲面方程。

式(7)中包括了两类不同的接触条件，设式(8)为第一接触条件，式(9)为第二接触条件，将满足第一接触条件的共轭曲面称为第一共轭曲面，满足第二接触条件的共轭曲面称为第二共轭曲面。

由式(8)可得当值确定时，将其带入X、Y、Z式即可得到相对应的第一类接触线，改变值可得到另一条第一类接触线，令连续变化得到的一系列的第一类接触线构成了第一共轭曲面。

同理，由式(9)可得到关系式只要给定一个值，就可得到α随β值变化的关系式，将其带入X、Y、Z式即可得到此时的第二类接触线，改变值可得到另一条第二类接触线；令连续变化得到的一系列第二类接触线构成了第二共轭曲面。

所述锥形螺杆中心线为圆心锥面螺旋线的轴线；以上述圆心锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与螺旋线的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径与球面半径成反比例关系，这些球面圆所组成的外廓即为所述单头锥形螺杆外曲面。由锥形螺杆大端面至锥形螺杆小端面间，锥形螺杆的横截面圆半径逐渐减小。

所述锥形衬套中心线为锥形衬套外圆柱面的中心线；锥螺杆在衬套内一边自转一边公转，作定点行星运动，所述锥形衬套内曲面就是这种确定的相对运动条件下的锥形螺杆外曲面的包络面；锥形衬套大端面至锥形衬套小端面间的各个截面形状类似，均是由两个半圆弧和两条近似平行的直线段组成的长圆形；由锥形衬套大端面至锥形衬套小端面间，长圆形中的半圆弧的半径越小，直线段长度越大。

锥形衬套内曲面的横截面长圆形的旋转导程为T＝2t；半圆弧的半径与锥形螺杆的横截面圆半径相等，与球面半径ρ成相同的反比例关系；锥形衬套大端面的半圆弧半径等于锥形螺杆大端面的圆半径，锥形衬套小端面的半圆弧半径等于锥形螺杆小端面的圆半径；直线段的长度等于锥形螺杆的偏心距的四倍。

锥形螺杆置于锥形衬套内腔中，锥形螺杆外曲面与锥形衬套内曲面相互啮合形成一系列腔室，其中腔室1与入口端相连，腔室n与出口端相连，且锥螺杆-衬套副的过流面积从入口端至出口端保持不变，入口端的过流面积S₁与出口端的过流面积S₂相等；为保证入口端与出口端相互隔开，锥螺杆-衬套副的轴向长度应大于一个锥形衬套导程T，使得锥形螺杆与锥形衬套之间能够形成密封腔室，由入口端至出口端所形成的一系列密封腔室容积相等，如此使得单头锥螺杆泵的排量增大，压力脉动减小，流量平稳性增加。

锥形衬套固定不动，锥形螺杆中心线在以锥形衬套中心线为中心轴，半锥角为ξ的锥面上，锥形螺杆绕锥形螺杆中心线的转动即为上述锥形螺杆的自转；上述锥形螺杆中心线绕锥形衬套中心线的转动即为上述锥形螺杆的公转。如此，锥形螺杆绕锥形螺杆中心线自转的同时，也绕锥形衬套中心线作公转，且自转与公转的方向相反，大小之比为2:1。随着锥形螺杆的转动，锥螺杆-衬套副靠近入口端的第一个腔室容积逐渐增大，在吸入端形成真空，吸入工作介质，至腔室完全封闭，然后不断向出口端旋转移动，同时靠近出口端的最后一个腔室逐渐消失，进而工作介质被完全挤压出去，在出口端产生压力；在这整个过程中，随着腔室的推移，入口端不断形成新的腔室，如此随着密封腔室的连续形成、推移和消失，使工作介质从入口端吸入，至出口端排出。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明基于传统锥螺杆-衬套副的曲面成形方法，提供了一种具有等过流面积及等容腔特征的大排量锥螺杆-衬套副，有利于提高单头锥螺杆泵的排量，减小压力脉动，增加流量的平稳性，并且从吸入端到排出端压力上升相对较小，在运动过程中相对滑动速度低，故而能有效降低磨损，延长使用寿命。相对于等腔室的单头柱螺杆-衬套副来说，当出现磨损时，泵的排量等性能会有所下降，鉴于锥螺杆的锥形形状，可以将转子或者衬套在轴向上移动一小段距离，就可以使各个容腔的体积再次相等，改善了泵的各方面性能，减少了更换转子或衬套的频率，节约了成本，而且针对不同的输送介质，可以通过合理设计基锥半锥角等参数，使性能达到最优化。如此，该发明的锥螺杆-衬套副在使用性能或者使用寿命等方面都具有一定的优势。本发明还同时给出了具体的锥螺杆和锥形衬套的表面方程，不仅有利于推进锥螺杆-衬套副的理论研究，而且有利于锥螺杆泵的推广和使用。

附图说明

图1为锥螺杆-衬套副剖面示意图。

图2为传统锥螺杆曲面示意图。

图3为新型锥螺杆曲面成形示意图。

图4为锥形螺杆曲面形状示意图。

图5为锥形衬套曲面横截面示意图。

图6为锥形衬套曲面示意图。

图中：1、腔室，2、腔室，3、腔室，4、锥形螺杆，5、锥形衬套，6、锥形螺杆-衬套副，7、圆心锥面螺旋线，8、锥形螺杆中心线，9、锥形螺杆外曲面，10、锥形螺杆大端面，11、锥形螺杆小端面，12、球面长圆形，13、半圆弧，14、近似直线段，15、锥形衬套中心线，16、锥形衬套内曲面，17、锥形衬套大端面，18、锥形衬套小端面，19、锥形衬套外圆柱面，20、入口端，21、出口端。

具体实施方式

如图1-6所示，一种锥螺杆-衬套副，其包括锥形螺杆4、锥形衬套5；锥形螺杆4包括锥形螺杆外曲面9、锥形螺杆大端面10、锥形螺杆小端面11；锥形衬套5包括锥形衬套内曲面16、锥形衬套大端面17、锥形衬套小端面18和锥形衬套外圆柱面19；所述锥形螺杆大端面10和锥形衬套大端面17组成锥螺杆-衬套副的入口端20；所述锥形螺杆小端面11和锥形衬套小端面18组成锥螺杆-衬套副的出口端21。

基于传统锥螺杆-衬套副的曲面成形方法，所提出的新型单头锥螺杆-衬套副(6)的曲面成形方法包括：S1锥形螺杆曲面9的成形方法和S2锥形衬套曲面16的成形方法。

S1锥形螺杆曲面9的曲面成形方法

S1.1传统锥螺杆曲面方程及过流面积

传统单头锥螺杆的形状可以这样描述：以一锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与螺旋线的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径与球面半径成线性关系。这些球面所组成的外廓即为锥螺杆曲面，如图2所示。上述锥面螺旋线为圆心锥面螺旋线，其所在的锥面称为转子的基锥，基锥的锥顶称为极点。如果把这些球面圆片在其自身的球面中移动，使其圆心移至基锥中心线上去，则这些球面圆片与极点形成一个圆锥，该圆锥称为生成锥。设圆心锥面螺旋线的螺距为t，基锥半锥角为ξ，生成锥半锥角为θ。

传统锥螺杆曲面方程为

令式中的参数β在0～2π范围内变化，得到的即为某一球面圆圆周的坐标；再让参数α变化，则得到不同球面圆圆周上各点的坐标方程，而这些圆在空间构成锥螺杆表面，因此，式(1)也就是锥螺杆曲面方程。

用半径为ρ的球面截传统锥螺杆和衬套，分别得到球面圆和球面长圆形的的截面，则所得球面长圆形与球面圆的面积之差即为半径为ρ的截面处的过流面积，则过流面积S为

S＝S_套-S_杆＝4ρ²ηsinθ＝8ρ²ξsinθ (2)

S1.2等过流面积锥螺杆的曲面成形方法

为了增大排量，使各个球截面的过流面积S_k始终等于传统锥螺杆-衬套副大端面(10)的过流面积S1，即S＝8ρ²ξsinθ恒定，则

由0°<θ<90°得

而对于某一个确定的圆心锥面螺旋线来说，基锥半锥角ξ是恒定的，故θ可由式(3)确定，且仅由半径ρ决定。每个球面半径ρ_i对应一个角度θ_i，就可以使每个球截面的过流面积S保持恒定值A₀，进而使每个容腔体积相等，增大了传统锥螺杆泵的排量。角度θ_i不再表示生成锥的半锥角，它随球面半径ρ_i的变化而变化，其几何含义为任一球面半径ρ对应的球面圆轮廓与极点形成的变化锥的半锥角。可见新型锥螺杆曲面与传统锥形螺杆曲面的区别在于新型锥螺杆-衬套副(6)的各截面的过流面积均相等。式(4)表明截面圆半径r与球面半径ρ成反比例关系。式(5)给出了在过流面积A₀和基锥半锥角ξ一定的情况下，球面半径ρ的取值范围。

等过流面积大排量单头锥螺杆曲面(9)描述如下：以一锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与螺旋线的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径r与球面半径ρ成反比例关系：r＝S_k/8ρξ。这些球面所组成的外廓即为等过流面积大排量单头锥螺杆曲面，如图3所示。需要注意的是极点由于在Z轴负方向较远处，在图4中未显示出来，X和Y轴仅代表方向，不代表实际位置。

将式(3)代入到传统锥螺杆曲面方程式即式(1)中，得到等过流面积大排量单头锥螺杆曲面方程如下

式(5)即为等过流面积大排量单头锥螺杆(4)的曲面方程，该式表示的螺杆旋向为右旋，如果是左旋螺杆，只要将右手左边系改为左手坐标系，则锥螺杆曲面方程不变。

S2锥形衬套曲面16的成形方法

锥螺杆-衬套副工作时，衬套固定不动，而锥螺杆则在衬套内一边自转一边公转，作定点行星运动。当锥螺杆曲面方程为式(5)时，锥形衬套曲面就是这种确定的相对运动条件下的锥螺杆曲面的包络面。锥形衬套曲面方程的推导过程为先通过坐标转换求出一簇曲面，再根据包络定理和接触条件求出这一簇曲面的包络面(即锥形衬套曲面)。由于等过流面积大排量单头锥形衬套曲面方程的推导过程与传统单头锥形衬套的曲面方程的推导过程类似，这里直接给出推导出的锥形衬套的曲面方程，如下：

式(7)中的和分别表示锥螺杆的公转角度和自转角度，且满足关系：和分别为的两组解。X₂，Y₂，Z₂表示等容腔大排量单头锥螺杆的曲面方程坐标。将式(6)代入到式(7)中，即可得到完整的等容腔大排量单头锥形衬套的曲面方程。

式(7)中包括了两类不同的接触条件，设式(8)为第一接触条件，式(9)为第二接触条件，将满足第一接触条件的共轭曲面称为第一共轭曲面，满足第二接触条件的共轭曲面称为第二共轭曲面。

由式(8)可得当值确定时，将其带入X、Y、Z式即可得到相对应的第一类接触线，改变值可得到另一条第一类接触线，令连续变化得到的一系列的第一类接触线构成了第一共轭曲面。

同理，由式(9)可得到关系式只要给定一个值，就可得到α随β值变化的关系式，将其带入X、Y、Z式即可得到此时的第二类接触线，改变值可得到另一条第二类接触线；令连续变化得到的一系列第二类接触线构成了第二共轭曲面。

所述锥形螺杆中心线8为圆心锥面螺旋线7的轴线；以上述锥面螺旋线的锥顶为球心作一系列不同半径的同心球面，以球面与圆心锥面螺旋线7的交点为圆心在该球面上取一球面圆，其半径与球面半径成反比例关系，这些球面所组成的外廓即为所述单头锥形螺杆外曲面9。由锥形螺杆大端面10至锥形螺杆小端面11间，锥形螺杆的横截面圆半径越小。

所述锥形衬套中心线15为锥形衬套外圆柱面19的中心线；锥形螺杆4在锥形衬套5内一边自转一边公转，作定点行星运动，所述锥形衬套内曲面16就是这种确定的相对运动条件下的锥形螺杆外曲面9的包络面；锥形衬套大端面17至锥形衬套小端面18间的各个截面形状类似，均是由两个半圆弧13和两条近似平行的直线段14组成的长圆形12；由锥形衬套大端面17至锥形衬套小端面18间，长圆形12中的半圆弧13的半径越小，直线段14长度越大。

锥形衬套内曲面16的横截面长圆形12的旋转导程为T＝2t；半圆弧13的半径与锥形螺杆4的横截面圆半径相等；锥形衬套大端面17的半圆弧半径等于锥形螺杆大端面10的圆半径，锥形衬套小端面18的半圆弧半径等于锥形螺杆小端面11的圆半径；近似直线段14的长度等于锥形螺杆4的偏心距的四倍。

锥形螺杆4置于锥形衬套5内腔中，锥形螺杆外曲面9与锥形衬套内曲面16相互啮合形成一系列腔室(1、2、3…n)，其中腔室1与入口端20相连，腔室n与出口端21相连，且锥螺杆-衬套副6的过流面积S_k从入口端20至出口端21保持不变，入口端20的过流面积S₁与出口端21的过流面积S₂相等；为保证入口端20与出口端21相互隔开，锥螺杆-衬套副6的轴向长度应大于一个锥形衬套导程T，使得锥形螺杆4与锥形衬套5之间能够形成密封腔室，由入口端20至出口端21所形成的一系列密封腔室容积(V₁、V₂、V₃…V_n)相等，如此使得单头锥螺杆泵的排量增大，压力脉动减小，流量平稳性增加。

锥形衬套5固定不动，锥形螺杆中心线8在以锥形衬套中心线为中心轴，半锥角为ξ的锥面上，锥形螺杆4绕锥形螺杆中心线8的转动即为上述锥形螺杆4的自转；上述锥形螺杆中心线8绕锥形衬套中心线15的转动即为上述锥形螺杆4的公转。如此，锥形螺杆4绕锥形螺杆中心线8自转的同时，也绕锥形衬套中心线15作公转，且自转与公转的方向相反，大小之比为2:1。随着锥形螺杆4的转动，锥螺杆-衬套副6靠近入口端20的第一个腔室1容积逐渐增大，在吸入端形成真空，吸入工作介质，至腔室完全封闭，然后不断向出口端21旋转移动，同时靠近出口端21的最后一个腔室n逐渐消失，进而工作介质被完全挤压出去，在出口端21产生压力；在整个过程中，随着腔室的推移，入口端20不断形成新的腔室，如此随着密封腔室的连续形成、推移和消失，使工作介质从入口端20吸入，至出口端21排出。