CN101251124A

CN101251124A - 采用端面压缩的气体压缩方法及端面压缩型电动气源装置

Info

Publication number: CN101251124A
Application number: CNA2008100309039A
Authority: CN
Inventors: 张玘; 吴石林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2008-08-27

Abstract

一种采用端面压缩的气体压缩方法及端面压缩型电动气源装置，该方法是，在一叶轮的两端面设置环槽，在环槽内设置将其均匀分隔为若干压缩单元的叶片，将叶轮装设于与其相配的一封闭腔体内，在封闭腔体的两内侧壁上均设置有进风道、出风道以及与叶轮上环槽位置对应的弧形导气槽，将弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通，通过电机驱动叶轮高速转动，使气体从进风道进入弧形导气槽，利用叶轮上的压缩单元对叶轮两端面处的气体进行多级压缩，再将气体从出风道排出。该装置包括驱动电机、第一端盖、第二端盖、外环和叶轮，叶轮两端面设环槽，环槽内设若干压缩单元。该方法可提供平稳、高压比、大流量的气流，该装置具有便于携带的优点。

Description

采用端面压缩的气体压缩方法及端面压缩型电动气源装置

技术领域

本发明涉及压缩气源技术，尤其涉及采用端面压缩的气体压缩方法及端面压缩型电动气源装置。

背景技术

在军事、医疗卫生及工业领域中，许多设备都需要用到气源。在医疗卫生领域，气源的典型应用是呼吸机。呼吸机的气源一般可分为以下几类：压缩气体、气缸/气囊、离心风机、涡轮机和轴流风机，其中除压缩气体气源装置外，其他气源装置均有电源要求，需要蓄电池或外接电源。压缩气体气源装置可在无电源的场所给呼吸机提供适合压力和流量要求的气体，但储存压缩气体的钢瓶重量较大，不适于搬运，因而不适合于野外环境使用，而且每个钢瓶的容量有限，用完之后需重新充气，不能连续使用；气缸/气囊气源装置结构尺寸较大，工作时产生的噪音也较大，不适合用在医疗急救场合，特别不适合用于睡眠呼吸机等；离心风机气源装置很难达到较高的供气压力，不满足急救呼吸机气压要求，只能用于睡眠呼吸机；涡轮机气源装置体积小、供气压力高，但结构较复杂、制造难度大、制造成本高；此外，还有轴流风机可提供气流，但轴流风机叶片数量少，气流不平稳，且能够提供的气压较小，不适合用于呼吸机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可提供平稳、高压比、大流量气流的采用端面压缩的气体压缩方法，以及实现该方法的结构简单实用、可由高速直流电机驱动、便于携带的、用于呼吸机的端面压缩型电动气源装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种采用端面压缩的气体压缩方法，它是在一叶轮的两端面设置环槽，在环槽内设置将其均匀分隔为若干压缩单元的叶片，将该叶轮装设于与其相配的一封闭腔体内，在封闭腔体的两内侧壁上均设置有进风道、出风道以及与叶轮上环槽位置对应的弧形导气槽，将弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通，通过电机驱动叶轮高速转动，使气体从进风道进入弧形导气槽，利用叶轮上的压缩单元对叶轮两端面处的气体进行多级压缩，再将气体从出风道排出。

一种实现上述方法的端面压缩型电动气源装置，包括气体压缩装置和为其提供动力的驱动电机，其特征在于所述气体压缩装置包括第一端盖、第二端盖、外环和叶轮，所述第一端盖和第二端盖分别盖设于外环的两侧，并与其构成一封闭腔体，所述叶轮套设于外环内，并与驱动电机相连，叶轮的两端面设置有环槽，环槽内设有将其均匀分隔为若干压缩单元的叶片，第一端盖和第二端盖上均设有进风道、出风道以及与叶轮上环槽位置对应的弧形导气槽，弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通。

所述叶片为直线型，并沿环槽径向布置。

所述环槽、弧形导气槽、进风道和出风道的横截面均为半圆形。

所述进风道和出风道沿弧形导气槽径向布置。

所述进风道的进风口和出风道的出风口处装设有集气嘴。

所述驱动电机为便于调速控制的高速直流电机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、该采用端面压缩的气体压缩方法是通过在叶轮的两端面均匀设置多个开口朝向封闭腔体内侧壁的压缩单元，利用叶轮的快速旋转实现由叶轮端面的压缩单元对气体进行压缩。将多个压缩单元均匀布置，那么在叶轮转速稳定的情况下，则可使输出的气流十分平稳；在气流经过这些压缩单元的多次压缩后，则可产生较高的输出气压；在电机驱动叶轮高速运转时，则可达到较大的输出流量。

2、该端面压缩型电动气源装置是在叶轮的两端面设置环槽，通过在环槽内均匀设置多个叶片，用叶片将环槽分隔为若干压缩单元，这种结构设计便于将环槽内的多个压缩单元分布得非常均匀，保证了由该装置输出的气流能够达到平稳、高压比、大流量的要求。

3、环槽、弧形导气槽、进风道和出风道的横截面均为半圆形，有利于减少气流在装置内受到阻力，保持气流的顺畅流通。

4、进风道和出风道都沿弧形导气槽径向布置，有利于在进风道的进风口和出风道的出风口处装设集气嘴，通过选用不同结构的集气嘴，可将叶轮两侧的气路并联或串联，或将两条气路分隔开并单独使用，使得该装置的可调节性和适应能力大大增强。将两气路并联可相对提高输出气体的流量，将两气路串联可增大输出气体的压力，将两条气路分隔开并单独使用可得到较小的压力和较小的流量。

5、该装置的叶轮体积小、重量轻，使得整套装置结构尺寸小，同时又适宜采用高速直流电机驱动，这类电机转速高、功率小、耗电低、使用安全的低压直流电驱动，并且便于通过控制其转速来调节该装置输出气体的压力和流量，使得该装置具有便于携带、适于在野外环境使用的特点。经试验测试表明，该端面压缩型电动气源装置在叶轮直径为66mm，电机转速为6000r/min的工况下，极限压力高达9kPa，极限流量高达295L/min，完全满足医疗急救呼吸机等设备的供气要求(医疗急救呼吸机的供气要求为：极限压力7kPa，极限流量120L/min)。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面视图；

图3是本发明拆除集气嘴后的左视结构示意图；

图4是本发明的第一端盖的立体结构示意图；

图5是本发明的第一端盖的主视图；

图6是图5的B-B剖面视图；

图7是本发明的第二端盖的立体结构示意图；

图8是本发明的第二端盖的主视图；

图9是图8的C-C剖面视图；

图10是本发明的叶轮的立体结构示意图；

图11是本发明的叶轮的主视图；

图12是图11的D-D剖面视图；

图13是本发明的外环的立体结构示意图；

图14是本发明的外环的主视图；

图15是本发明的外环的右侧视图；

图16是本发明的集气嘴的立体结构示意图；

图17是本发明的集气嘴的主视图；

图18是本发明的集气嘴的俯视图；

图19是图18的E-E剖面视图。

图中各标号表示：

1、气体压缩装置 2、高速直流电机

3、封闭腔体 4、集气嘴

11、第一端盖 12、第二端盖

13、叶轮 14、外环

21、输出轴 22、无键衬套

111、第一进风道 112、第一出风道

113、第一弧形导气槽 121、第二进风道

122、第二出风道 123、第二弧形导气槽

131、压缩单元 132、叶片

具体实施方式

本发明的采用端面压缩的气体压缩方法，它是在一叶轮13的两端面设置环槽，在环槽内设置将其均匀分隔为若干压缩单元131的叶片132，将该叶轮13装设于与其相配的一封闭腔体3内，在封闭腔体3的两内侧壁上均设置有进风道、出风道以及与叶轮13上环槽位置对应的弧形导气槽，将弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通，通过电机驱动叶轮13高速转动，使气体从进风道进入弧形导气槽，利用压缩单元131对叶轮13两端面处的气体进行多级压缩，再将气体从出风道排出。利用该方法实现对气体进行压缩时，若能尽可能多的设置压缩单元131，并将其均匀布置，那么在叶轮13转速稳定的情况下，则可使输出的气流十分平稳；在气流经过这些压缩单元131的多次压缩后，则可产生较高的输出气压；在电机驱动叶轮13高速运转时，则可达到较大的输出流量。

如图1至图19所示，本发明的一种实现上述方法的端面压缩型电动气源装置，包括气体压缩装置1和为其提供动力的高速直流电机2，气体压缩装置1包括第一端盖11、第二端盖12、叶轮13和外环14，第一端盖11和第二端盖12分别盖设于外环14的两侧，并与其构成一封闭腔体3，叶轮13套设于外环14内，高速直流电机2固定于第一端盖11上，其输出轴21通过一无键衬套22与叶轮13连接。叶轮13的两端面设置有横截面为半圆形的环槽，环槽内设有将其分隔为30个压缩单元131的30片叶片132，叶片132为直线型，并沿环槽径向均匀布置，这样就保证了压缩单元131的数量和均匀布置，由该装置输出的气流也就能够达到平稳、高压比、大流量的要求。第一端盖11上设有横截面均为半圆形的第一进风道111、第一出风道112以及与叶轮13上环槽位置对应的第一弧形导气槽113，第一弧形导气槽113的一端与第一进风道111连通，另一端与第一出风道112连通，第一进风道111和第一出风道112沿第一弧形导气槽113径向布置。第二端盖12上设有横截面均为半圆形的第二进风道121、第二出风道122以及与叶轮13上环槽位置对应的第二弧形导气槽123，第二弧形导气槽123的一端与第二进风道121连通，另一端与第二出风道122连通，第二进风道121和第二出风道122沿第二弧形导气槽123径向布置。将环槽、弧形导气槽、进风道和出风道的横截面设为半圆形，有利于减少气流在装置内受到阻力，保持气流的顺畅流通。在进风道的进风口和出风道的出风口处装设有集气嘴4，本实施例中选用并联型的集气嘴4，通过集气嘴4将第一进风道111与第二进风道121并联、将第一出风道112与第二出风道122并联后，可得到流量相对提高的输出气体，再将这些输出气体输送到用气设备，若在集气嘴4输出端接上较大直径的出风管，则可提高本装置输出气流的气体静压力。当然，本发明的端面压缩型电动气源装置还可以选用其他结构的集气嘴4，使得该装置的可调节性和适应能力大大增强。如选用串联型集气嘴4，它是将第一出风道112与第二进风道121连通，用第一进风道111进风，用第二出风道122出风，这样可增大输出气体的压力；还可以选用将两条气路分隔开并单独使用的集气嘴4，这样可得到较小压力和较小流量的气流，此类变换均应落在本发明的保护范围之内。本实施例选用的高速直流电机2可以很方便的进行调速控制，并以此实现对输出气体的压力和流量进行调控，所选电机最高转速为12000r/min，功率为100W，电压为24V，电机机械时间常数为8ms，完全满足低功耗、响应快、安全低电压的要求。

现以图1至图3为参照，对本实施例的测试试验情况进行说明。叶轮13直径设为66mm，高速直流电机2转速设为6000r/min，在高速直流电机2带动下，叶轮13顺时针旋转，气体从集气嘴4上部的进风端口分两路分别进入第一进风道111和第二进风道112，此后两路气体分别沿第一弧形导气槽113和第二弧形导气槽123流动，并被随叶轮13高速旋转的多个压缩单元131进行多级压缩，完成多级压缩后的气体从第一出风道112和第二出风道122排出，经集气嘴4下部的出风端口汇聚后送至用气设备，气体流动方向如图1中箭头所示。叶轮13运转稳定后测得集气嘴4下部出风端口的极限压力高达9kPa，极限流量高达295L/min。该测试结果表明，本发明的端面压缩型电动气源装置，完全满足医疗急救呼吸机等设备的供气要求，同时还具有便于携带、适于在野外环境使用的特点。

Claims

1、一种采用端面压缩的气体压缩方法，其特征在于它是在一叶轮的两端面设置环槽，在环槽内设置将其均匀分隔为若干压缩单元的叶片，将该叶轮装设于与其相配的一封闭腔体内，在该封闭腔体的两内侧壁上均设置有进风道、出风道以及与叶轮上环槽位置对应的弧形导气槽，将弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通，通过电机驱动叶轮高速转动，使气体从进风道进入弧形导气槽，利用叶轮上的压缩单元对叶轮两端面处的气体进行多级压缩，再将气体从出风道排出。

2、一种实现如权利要求1所述采用端面压缩的气体压缩方法的端面压缩型电动气源装置，包括气体压缩装置和为其提供动力的驱动电机，其特征在于所述气体压缩装置包括第一端盖、第二端盖、外环和叶轮，所述第一端盖和第二端盖分别盖设于外环的两侧，并与其构成一封闭腔体，所述叶轮套设于外环内，并与驱动电机相连，叶轮的两端面设置有环槽，环槽内设有将其均匀分隔为若干压缩单元的叶片，第一端盖和第二端盖上均设有进风道、出风道以及与叶轮上环槽位置对应的弧形导气槽，弧形导气槽的一端与进风道连通，另一端与出风道连通。

3、根据权利要求2所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述叶片为直线型，并沿环槽径向布置。

4、根据权利要求2或3所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述环槽、弧形导气槽、进风道和出风道的横截面均为半圆形。

5、根据权利要求2或3所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述进风道和出风道沿弧形导气槽径向布置。

6、根据权利要求4所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述进风道和出风道沿弧形导气槽径向布置。

7、根据权利要求2或3所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述进风道的进风口和出风道的出风口处装设有集气嘴。

8、根据权利要求6所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述进风道的进风口和出风道的出风口处装设有集气嘴。

9、根据权利要求2或3所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述驱动电机为便于调速控制的高速直流电机。

10、根据权利要求8所述的端面压缩型电动气源装置，其特征在于所述驱动电机为便于调速控制的高速直流电机。