1.本发明属于双螺杆泵技术领域，更具体地，涉及一种密封型双螺杆泵。
背景技术：
2.双螺杆泵是由相互啮合的主、从螺杆和泵体或衬套间形成一个容积恒定的密封腔室，介质随主、从螺杆的转动沿轴向移动，从而实现泵输送的目的。双螺杆泵的两根螺杆由一对同步齿轮驱动，两螺杆本身并不直接接触，所以可以输送非润滑性甚至含微小固体磨粒的介质，在工程领域中获得广泛应用。
3.现有的密封型双螺杆泵的齿形有多种，文献1(回转式容积泵理论与设计，林洪义，兵器工业出版社，1995)对此做过综合介绍，但每一种都未得到广泛应用，对其中列举的几种齿形分析可知，其容积利用率都不高。专利1(公开号cn102400913a)提出了一种密封型齿形型线设计，但没有给出完整的齿形图，根据其根圆和顶圆的大小可知，其容积利用率也相当低。专利2(公开号cn112539171)提供了一种双头三头敷胶双螺杆，提出了另一种齿形设计，该专利中未给出具体数据，但可以根据申请书给出的图形测量得到，容积利用率约为0.32。上述密封型双螺杆泵的容积利用率都小于135型三螺杆泵0.37，在密封性能和容积利用率方面，均不能达到与三螺杆泵相同的水平。容积利用率高，意味着在相同的体积和转速下，流量更大，或者在相同的流量下，体积和重量更小。
4.由于现有的密封型双螺杆泵的密封性与容积利用率性能均不佳，因此，工程中实际应用的双螺杆泵大多是非密封型的。非密封型双螺杆泵的齿形一般为梯形或矩形，加工比较简单，但泄漏量较大，容积效率不高，也不适用于高压场合。三螺杆泵相对双螺杆泵的密封性和容积利用率均较好，然而由于其主动螺杆和从动螺杆是直接接触的，为避免运行时发生摩擦和磨损，三螺杆泵只适用于输送润滑性好的液体，如润滑油、液压油等，对于非润滑性甚至含固体磨粒的介质却无法输送，在工程中的使用范围有限。
5.因此，如何提供一种密封性和容积利用率高的密封型双螺杆泵，成为本领域的亟待解决的技术难题。
技术实现要素：
6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种密封型双螺杆泵的齿形设计，其目的在于，通过设计双螺杆泵主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，提升双螺杆泵的密封性和容积利用率，由此解决现有双螺杆泵密封性差、容积利用率低的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
8.一种密封型双螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，从动螺杆根圆h1半径为r1，顶圆h3半径为r3，圆心o1；主动螺杆根圆h2半径为r2，顶圆h4半径为r4，圆心o2；半径为r3/2的圆h5与主动螺杆的根圆h2相切，相切点记为q，主动螺杆的根圆h2与从动螺杆的顶圆h3是节圆，二者相切于q点；圆h5的圆心为o3、半径为r3/2，圆心o3为线段o1q的中点，；
9.所述主动螺杆的齿形型线由摆线ab和摆线bc连续组成；所述摆线ab是双螺杆泵工
作时，与从动螺杆的顶圆h3同心、半径为λ*r3的圆h6圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；所述摆线bc是所述圆h5与主动螺杆的节圆也即主动螺杆根圆h2相对做无滑动的滚动时，所述圆h5圆周上的任意点在主动螺杆上画的曲线；
10.所述从动螺杆的齿形型线由摆线de和径向线ef连续组成；所述摆线de位于所述圆h6内部，是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆h4圆周上的任意点在从动螺杆上画的曲线；所述径向线ef位于所述圆h6与所述从动螺杆的顶圆h3之间，是沿顶圆o1径向的直线段，其延长线通过从动螺杆的轴心o1。
11.由图2的几何关系，r1+r4＝r2+r3，根据传动比，有r3＝1.5r2。
12.在满足上述两个等式的条件下，取r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4最为方便。实际上，只要满足上述两个等式，也可以取其他的值，例如适当减小r1，加大r4，这可以进一步提高容积利用率，但从动螺杆刚度降低，可能造成加工困难，也限制了其最高使用压力。
13.从动螺杆齿形中设置径向线ef是为了避免从动螺杆齿形出现锐角，导致在加工、运输或使用中易于损坏。λ＝0.95
±
0.5，工程实际中，常取λ＝0.95。
14.优选地，将所述径向线ef的直线替换为圆弧，或者在所述径向线ef上与所述从动螺杆的顶圆h3圆周交点处形成圆角，此时主动螺杆齿形上的bc段曲线是从动螺杆上该圆弧段的共轭曲线。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
16.本发明提供的密封型双螺杆泵，设计了主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，该齿形型线相互啮合，使双螺杆泵的密封性与三螺杆泵相同。相对于现有的非密封性双螺杆泵，提高了容积效率和最高工作压力；相对于现有的密封型双螺杆泵，本发明大大提升了容积利用率，经过实例验证，本发明双螺杆泵容积利用率可达到0.47以上，相对背景技术专利2的现有双螺杆泵容积利用率提升了47％，相比标准三螺杆泵容积利用率也提升了27％。
附图说明
17.图1是本发明较佳实施例中密封型双螺杆泵截面图；
18.图2是本发明较佳实施例中主动螺杆和从动螺杆齿形型线图；
19.图3是本发明密封型双螺杆的一个应用实例。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.螺杆泵的密封条件之一，是满足下列关系式：
22.z1＝k
·
(z
2-1)
23.式中，z1为主动螺杆螺纹头数，z2为从动螺杆螺纹头数，k为从动螺杆数。在三螺杆泵中，这三个数均等于2，满足上式，由于z1＝z2，所以二者转速相同，节圆直径也相同。在双螺杆泵中，k＝1，所以z1和z2不相同，一般取z1＝2，z2＝3。所以，双螺杆泵中两个螺杆转速不
同，两个节圆半径也不同，需要对主动螺杆和从动螺杆的齿形型线进行有别于三螺杆泵齿形型线的特别设计，以适用双螺杆泵的结构特点，并提高双螺杆泵的密封性和容积利用率。
24.如图1所示，本发明提供的密封型双螺杆泵，设计了一种主动螺杆和从动螺杆新的齿形型线，图1表达了螺杆齿形的全局形状，图中粗线表示本发明提出的齿形型线。从动螺杆轴心为o1，其根圆h1圆心为o1、半径为r1，顶圆h3圆心为o1、半径为r3；主动螺杆轴心为o2，其根圆h2圆心为o2、半径为r2，顶圆h4圆心为o2、半径为r4。根据传动比，有r3＝1.5r2，根据几何关系，有r1+r4＝r2+r3，为方便计，在满足上述两个关系的条件下，取r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4。如果减小r1，增大r4，则可进一步提高容积利用率，但从动螺杆刚度减小。上述比值较好地平衡了容积利用率与从动螺杆刚度。
25.主动螺杆的根圆h2和从动螺杆的顶圆h3是节圆，二者相切，相切点记为q，泵工作时，这两个节圆相互做无滑动的滚动。以o3为圆心、半径为r3/2的圆h5与主动螺杆的根圆相切，其圆周经过o1和q点，其同样与主动螺杆的根圆h2相切，o3位于o1q的中点。
26.如图2所示，图中在主动螺杆齿形型线上标出了三个特征点a、b、c，在从动螺杆齿形型线上标出了三个特征点d、e、f。对于主动螺杆齿形型线，摆线ab段是泵工作时，与从动螺杆的顶圆h3同心即圆心为o1、半径为的λ*r3圆h6的圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线，摆线bc段则是半径为r3/2的圆h5与主动螺杆的节圆(以o2为圆心、r2为半径)相对做无滑动的滚动时，圆h6圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线。对于从动螺杆齿形型线，型线的摆线de段是泵工作时，主动螺杆顶圆h4圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线，其中d点相对e点距离o1较近；径向线ef段则是通过e点的径向直线，该径向线在通过从动螺杆的轴心o1和e点的直线上。将ef段设置为径向直线段的目的是避免从动螺杆顶圆处出现锐角，导致在加工和运输过程中易于损坏。λ＝0.95
±
0.5，常取为0.95。
27.作为一种可选的实施方式，出于工艺或其他结构方面的需要，可以用圆弧代替从动螺杆型线的直线部分，即径向线ef变为圆弧ef，或者在从动螺杆顶圆圆周与ef直线部分的交点处形成一个小半径的圆角。此时，主动螺杆齿根处bc段变为与该圆弧的共轭曲线。
28.在图2中，取坐标系的x轴为两螺杆中心的连线，正向从主动螺杆指向从动螺杆，坐标原点则分别为两螺杆的中心，则上述三段摆线(ab段、bc段、de段)，可以用统一的参数方程表达如下：
[0029][0030][0031]
式中，角度是参变量，参变量的取值范围为和以及其余各量(l、r、a、θ、b、δ)均为常数，但对各段型线取不同的值。每个式子中第一个括号前的符号
±
，对于主动螺杆取正号(+)，对于从动螺杆取负号(-)。
[0032]
对于主动螺杆ab段
[0033]
弧度
[0034]
弧度
[0035]
l＝r1+r4＝r2+r3[0036]
r＝0.95*r3[0037]
a＝1.5
[0038]
b＝1
[0039]
θ＝0
[0040]
对于主动螺杆bc段
[0041][0042]
弧度
[0043]
l＝r2+r3/2
[0044]
r＝r3/2
[0045]
a＝0.75
[0046]
b＝1.
[0047]
θ＝52.31800123＝0.91312138弧度
[0048]
对于从动螺杆de段
[0049][0050]
弧度
[0051]
l＝r1+r4＝r2+r3[0052]
r＝r4[0053]
a＝-1/1.5
[0054]
b＝-1/1.5
[0055]
θ＝0
[0056]
式中δ是当齿形以x轴为对称轴时，控制齿厚的一个量，可以在一定的范围内变化，变化范围取决于对齿厚的要求。对于图1所示的齿形，δ＝30
°
。当δ增加时，主动螺杆齿厚减薄，而从动螺杆齿厚增加，反之亦然。
[0057]
上述齿形的密封性与三螺杆泵相同，容积利用率为0.47，比背景技术专利2齿形提升了47％，比标准三螺杆泵也提升了27％。
[0058]
实施例
[0059]
图3是一个应用上述密封型双螺杆泵实施的一个实例，该泵为双吸立式结构，两螺杆用齿轮使之同步。两螺杆均采用固定-游动支承方式，同时配合机械密封。
[0060]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种密封型双螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，其特征在于，半径为r3/2的圆h5与主动螺杆的根圆h2相切，相切点记为q，其中r3为从动螺杆的顶圆h3的半径；且所述圆h5经过从动螺杆的轴心o1；所述主动螺杆的根圆h2与所述从动螺杆的顶圆h3是节圆，二者相切于q点；所述主动螺杆的齿形型线由摆线ab和摆线bc连续组成；所述摆线ab是双螺杆泵工作时，与从动螺杆的顶圆h3同心、半径为λ*r3的圆h6圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；所述摆线bc是所述圆h5与主动螺杆的节圆也即主动螺杆根圆h2相对做无滑动的滚动时，所述圆h
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圆周上的任意点在主动螺杆上画的曲线；λ＝0.95
±
0.5；所述从动螺杆的齿形型线由摆线de和径向线ef连续组成；所述摆线de位于所述圆h6内部，是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆h4圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线；所述径向线ef位于所述圆h6与所述从动螺杆的顶圆h3之间，是沿顶圆o1径向的直线段。2.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，r3＝1.5r2，r1+r4＝r2+r3；其中，r1是从动螺杆根圆半径，r2是主动螺杆的根圆半径，r3是从动螺杆顶圆h3半径，r4是主动螺杆的顶圆h4半径。3.如权利要求2所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4。4.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，λ＝0.95。5.如权利要求2所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，所述主动螺杆和所述从动螺杆的传动比为1.5。6.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，所述主动螺杆的螺纹头数为2，所述从动螺杆的螺纹头数为3。7.如权利要求1所述的一种密封型双螺杆泵，其特征在于，将所述径向线ef的直线替换为圆弧，或者在所述径向线ef上与所述从动螺杆的顶圆h3圆周交点处形成圆角，此时主动螺杆bc段曲线是从动螺杆ef段圆弧或圆角的共轭曲线。
技术总结
本发明公开了一种密封型双螺杆泵，属于双螺杆泵技术领域，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆。半径为R3/2的圆O3与半径为H5的主动螺杆的根圆H2相切；主动螺杆的根圆H2与从动螺杆的顶圆H3是节圆；主动螺杆的齿形型线由摆线AB和摆线BC连续组成；摆线AB是双螺杆泵工作时，半径为λ*R3的圆H6圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；摆线BC是泵工作时，半径为R3/2圆H5圆周上的任意点在主动螺杆上画出的曲线；从动螺杆的齿形型线由摆线DE和径向线EF连续组成；摆线DE是双螺杆泵工作时，主动螺杆顶圆H4圆周上的任意点在从动螺杆上画出的曲线。本发明通过设计双螺杆泵主动螺杆和从动螺杆的齿形型线，提升了双螺杆泵的密封性和容积利用率。率。率。
技术研发人员：陈喜阳 彭玉成 张双全 张克危
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/3/21
声明：
“密封型双螺杆泵” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：华中科技大学
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2024年11月15日 ~ 17日 
