《直线外包络非摆线型单螺杆泵定-转子成形方法研究》
作者：韩道权，刘明阳，叶卫东，陈静一，贯策
(东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 163318)
摘要：为了提高采油螺杆泵的采油效率并延长其使用寿命，在分析摆线线型定-转子共轭副设计方法的基础上，得出（2∶3型）非摆线线型定-转子共轭副的成形方法，即将一条直线段作为发生线按外滚法包络转子线型，再用转子线型按内滚法包络定子线型。随后从几何方面和运动方面分析了非摆线型单螺杆泵定-转子线型的形成原理，推导出转子的线型（即转子端面曲线）方程。用该转子线型成形方法得到的转子线型可直接作为采油螺杆泵转子轮廓线，无需由骨线向外做等距曲线再得到轮廓线，因此不会出现轮廓线打扣现象。研究成果可为非摆线型单螺杆泵的设计及改进提供参考。
关键词：采油螺杆泵；直线发生线；外滚法；内滚法；类椭圆形转子
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)06-0001-04

采油螺杆泵是一种人工举升设备，已广泛应用于油田的机械采油工程中，它是依靠其核心部件定转子的啮合来实现液体传输的，因此定转子的线型是影响其举升性能的重要因素之一。用于单螺杆泵线型设计的发生线多为摆线，主要有普通摆线、短幅内摆线、短幅外摆线和内外摆线4种。苏义脑等对摆线型定转子的线型理论进行了系统分析，形成了定转子线型的基本理论。任彬对短幅内摆线型双头单螺杆泵进行了线型分析及结构参数优化，韩超对椭圆线型转子形成的采油螺杆泵定-转子轮廓线进行了分析，他们都取得了一定的成果。但是由摆线成形的定转子骨线的主要缺点是骨线上存在曲率半径为零的点，在等距的过程中不可避免地出现不同程度的打扣现象，给定转子共轭副的啮合质量带来非常明显的不良影响，导致其采油性能下降。而非摆线线型也可用于螺杆泵的设计，但对非摆线型螺杆泵的研究却甚少。为此本文将一条直线段作为发生线按外滚法包络转子线型，建立直线发生线方程，推导出转子线型方程，再用转子线型按内滚法包络定子线型进行系统的研究。

1 发生线的建立
本文在分析摆线线型设计方法的基础上，对（2∶3型）非摆线线型理论进行研究。用一条直线段作为发生线按外滚法包络转子线型，建立一条直线发生线的矢量方程，如图1所示，动瞬心圆与定瞬心圆相切，切点交于复平面坐标系的实轴上，取转子短半轴为r，偏心距为E，发生点为M，过M点与实轴垂直的直线作为发生线，发生线与坐标原点O1的距离为(r+E),即O1O=E,OM=r。动点M初始位置在发生线与实轴的交点上，动点M在发生线上移动，达到任意一点M′位置时，以O1M′与水平轴的夹角θ为参数，由三角函数关系可知：

O1M′=O1M cosθ

由复平面坐标系可得发生线的矢量方程：

R0(θ)=r+Ecosθ·ejθ-π2≤θ≤π2
(1)
式中：R0(θ)为发生线矢量，其形状为一条直线段，相当于转子线型的发生线；
j为虚部单位（j=根号一

基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12541098）
作者简介：韩道权（1966—），男，副教授，主要研究方向为机械设计制造及其自动化，handq2003@163.com.
通讯作者：叶卫东，ywd75106@163.com.