CN111251058B - 高效能外叶轮气动旋转视窗 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效能外叶轮气动旋转视窗，属于旋转视窗设计技术领域。该旋转视窗采用气轮机驱动原理，采用外置式射流喷气道，叶轮由90个空气阻力非常小的“犬牙形叶片”组成，将压缩气体的气流动能转换为旋转机械能，作为视窗的旋转动力，包括旋转轮装置、固定轮装置和中央轴承连接件,其中，旋转轮装置包括旋转外轮、犬牙形叶片轮和旋转玻璃，固定轮装置包括固定轮、喇叭气道喷口、固定玻璃和稳固装置，中央轴承连接件包括固定螺栓、轴承和旋转轴连接件，中央轴承连接件负责连接旋转轮装置和固定轮装置。本发明提高了叶轮转速，减小了噪音，开阔了旋转视窗视野，也降低了加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及旋转视窗设计技术领域，特别是指一种高效能外叶轮气动旋转视窗。
背景技术
旋转视窗利用旋转离心甩掉旋转玻璃窗上的油污液体，使其保持清洁透明的优点，普遍用于工业CNC机床的观察视窗上。按照离心转速和去污能力成正比的理论，即转速越高产生的离心力越大，去污能力越强。实验证明满足旋转视窗的最低转速要达到2300转/分。目前旋转视窗的驱动有中心电动和中心叶轮气动二种模式，其动力都是在圆形视窗中央位置，利用电动或气动驱动视窗旋转。这些中央动力旋转视窗都存在以下问题：1.由于电线或气道必须从旋转视窗外缘通过玻璃视窗到达中央的结构问题，在中心旋转轴和旋转窗外缘都有管道(气管或电缆)连接，遮挡了一部分视窗(大约15％面积)，影响到视窗的观察效果；2.扭矩力不大，由于都是以视窗中央驱动方式，中央的驱动力带动整个旋转视窗时阻力很大，从而影响旋转速度；3.摩擦阻力大，由于中央动力转轴带动旋转部件转动时，旋转外轮和固定轮有较大的摩擦。其缺点是部件易磨损和阻力大；4.噪声大，由于旋转视窗的中央动力需要很大的扭矩，不论是电动和气动都需要强劲动力，所以在工作时产生的噪音比较大，再加上外轮与固定轮的摩擦，有时还有刺耳的哨鸣声，给加工者带来听觉障碍；5.造价高：视窗中央电动和气动驱动由于要求体积小，而且动力大，这样需要超薄电机和精密气动零配件，在加工制造上成本很高，不能有效的推广这个旋转视窗技术。
因此，亟需一种高效能的旋转视窗。
发明内容
本发明为解决目前旋转视窗噪声大、造价高及视窗观察效果不佳等问题，提供一种高效能外叶轮气动旋转视窗。
该旋转视窗采用气轮机驱动原理：采用外置式射流喷气道，喷射方向为叶轮的外缘切向。叶轮由90个空气阻力非常小的“犬牙形叶片”组成，将压缩气体的气流动能转换为旋转机械能。压缩空气通过特殊的外置气道驱动叶轮高速旋转，作为视窗的旋转动力。
该旋转视窗包括旋转轮装置、固定轮装置和中央轴承连接件,其中，旋转轮装置包括旋转外轮、犬牙形叶片轮和旋转玻璃，固定轮装置包括固定外轮、喇叭形通道喷气口、固定玻璃和稳固件，喇叭形通道喷气口和固定外轮又组成环形喷气驱动装置，中央轴承连接件包括固定螺栓、轴承和旋转轴连接件，中央轴承连接件负责连接旋转轮装置和固定轮装置，犬牙形叶片和旋转玻璃固定在旋转外轮上，固定外轮上设置喇叭形通道喷气口，固定外轮和固定玻璃通过稳固件固定，旋转玻璃和固定玻璃中央均开孔，且开孔位置相对应，固定螺栓、轴承和旋转轴连接件固定在旋转玻璃和固定玻璃的中央孔上。
喇叭形通道喷气口包括进气口和喷气口，通道呈“C”形拐弯并逐渐缩小，从喷气口喷出的气流与固定外轮的旋转轮槽的内缘和外缘的中心线成切线。
固定外轮包括旋转轮槽、密封槽B和固定玻璃槽，其中，密封槽B有两个凸起B，旋转轮槽用来容纳旋转外轮和犬牙形叶片轮，固定玻璃槽用来安置固定玻璃。
犬牙形叶片轮是一次成型的塑料压模件，安置在叶轮槽内，其环形轮上带有90个犬牙形叶片。
旋转外轮包括密封槽A、叶轮槽和旋转玻璃槽，其中，密封槽A有两个凸起A，旋转玻璃槽用来安置旋转玻璃。
犬牙形叶片形状为犬牙形，外部高内部低，叶片的排列和叶轮中心放射线成阿尔法角度且有重叠，一般，叶片的排列和叶轮中心放射线在气流方向上同时有1.8个叶片重叠受力，确保运动的连续性，相邻叶片之间以4°重叠排列在叶轮环上，弧形的叶片内面承受喷气压力获得旋转动力，弧形的叶片外面有助于减少气流阻力。
凸起B和凸起A组成密封装置，防止液体进入旋转外轮和固定外轮的空间。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明旋转速度可达3000转/分，更有效的旋转甩掉玻璃旋转窗上的油污液体，使旋转视窗更清洁透明，视野增加15％，噪声减小，成本降低，固定轮与旋转轮之间的密封效果更好，可有效推广旋转视窗技术。
附图说明
图1为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的结构分解示意图；
图2为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的整体结构示意图；
图3为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的喷气驱动装置结构示意图；
图4为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的固定外轮的截面示意图；
图5为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的旋转外轮与犬牙形叶片轮示意图；
图6为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的犬牙形叶片示意图，其中，(a)为主视图部分，(b)为左视图部分；
图7为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的叶轮槽与旋转玻璃槽的安装示意图，其中，(a)为叶轮槽安装示意图，(b)为旋转玻璃槽安装示意图；
图8为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的旋转动力系统结构示意图；
图9为本发明的高效能外叶轮气动旋转视窗的犬牙形叶片轮排列示意图。
其中：1-旋转外轮，2-犬牙形叶片轮，3-固定外轮，4-喇叭形通道喷气口，5-固定玻璃，6-固定螺栓，7-旋转玻璃，8-轴承，9-旋转轴连接件，10-稳固件，11-密封槽A，12-叶轮槽，13-旋转玻璃槽，111-凸起A，21-犬牙形叶片，211-弧形的叶片外面，212-外部，213-弧形的叶片内面，214-内部，31-旋转轮槽，32-密封槽B，33-固定玻璃槽，321-凸起B，41-进气口，42-喷气口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种基于高效能外叶轮气动旋转视窗。
如图1、图2所示，该旋转视窗包括旋转轮装置、固定轮装置和中央轴承连接件,其中，旋转轮装置包括旋转外轮1、犬牙形叶片轮2和旋转玻璃7，固定轮装置包括固定外轮3、喇叭形通道喷气口4、固定玻璃5和稳固件10，喇叭形通道喷气口4和固定外轮3又组成环形喷气驱动装置，中央轴承连接件包括固定螺栓6、轴承8和旋转轴连接件9，中央轴承连接件负责连接旋转轮装置和固定轮装置，旋转玻璃7固定在旋转外轮1上，固定螺栓6、轴承8和旋转轴连接件9固定在旋转玻璃7和固定玻璃5的中央孔上。
如图3所示，喇叭形通道喷气口4包括进气口41和喷气口42，进气口41比较大，然后呈“C”形拐弯并逐渐缩小，使气体从进气口41进入后逐渐压缩加快气体的流速，在喷气口42为最大压强，从喷气口42喷出的气流与固定外轮3的旋转轮槽31的内缘和外缘的中心线成切线，这样角度喷出的气流可以最大限度的推动叶轮旋转从而降低噪声。
如图4所示，固定外轮3包括旋转轮槽31、密封槽B32和固定玻璃槽33，其中，密封槽B32有两个凸起B321，旋转轮槽31用来容纳旋转外轮1和犬牙形叶片轮2，固定玻璃槽33用来安置固定玻璃5。
如图5所示，犬牙形叶片轮2是一次成型的塑料压模件，安置在叶轮槽12内，其环形轮上带有90个犬牙形叶片21。
如图7所示，旋转外轮1包括密封槽A11、叶轮槽12和旋转玻璃槽13，其中，密封槽A11有两个凸起A111，旋转玻璃槽13用来安置旋转玻璃7。
如图6所示，犬牙形叶片21形状为犬牙形，外高212内低214，如图9所示，叶片的排列和叶轮中心放射线成阿尔法角度且有重叠，一般，叶片的排列和叶轮中心放射线在气流方向上同时有1.8个叶片重叠受力，确保运动的连续性，相邻叶片之间以4°重叠排列在叶轮环上。弧形的叶片内面213承受喷气压力获得旋转动力，弧形的叶片外面211有助于减少气流阻力。
如图8所示，凸起B321和凸起A111组成密封装置，二级凸凹结构加之旋转轮的离心作用，防止液体进入旋转外轮1和固定外轮3的空间。
设计中，该旋转视窗采用外置式射流喷气道，喷射方向为叶轮的外缘切向，叶轮由90个空气阻力非常小的“犬牙形叶片”组成，将压缩气体的气流动能转换为旋转机械能，压缩空气通过特殊的外置气道驱动叶轮高速旋转，作为视窗的旋转动力。该视窗的外缘叶轮驱动相比于视窗中央叶轮驱动的力臂(叶轮半径)要大五倍以上，同样的负载所耗用的空气动力要少的多；由于特殊的外置气道喷出的气流作用在“犬牙形叶片”上，该叶片在即能有效的将空气的动能转换成旋转扭力的同时，产生的噪音最小，阻力也最小；由于外叶轮的固定轮和旋转轮之间的废气形成了气垫，减少了外轮固定轮和旋转轮的机械摩擦，并阻止了外部水汽的进入；免去中央动力与外缘固定连接部分，增加了旋转视窗的视野(15％)；由于视窗的转动部分采取了分体式设计，“犬牙形叶片轮”可以注塑成型，降低了产品加工成本约40％；固定轮和旋转轮的特殊双凸凹的防水结构，在不增加阻力的情况下，使污水不能流进入视窗内部。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种高效能外叶轮气动旋转视窗，其特征在于：包括旋转轮装置、固定轮装置和中央轴承连接件,其中，旋转轮装置包括旋转外轮（1）、犬牙形叶片轮（2）和旋转玻璃（7），固定轮装置包括固定外轮（3）、喇叭形通道喷气口（4）、固定玻璃（5）和稳固件（10），喇叭形通道喷气口（4）和固定外轮（3）组成环形喷气驱动装置，中央轴承连接件包括固定螺栓（6）、轴承（8）和旋转轴连接件（9），中央轴承连接件连接旋转轮装置和固定轮装置，犬牙形叶片轮（2）和旋转玻璃均固定在旋转外轮（1）上，固定外轮（3）上设置喇叭形通道喷气口（4），固定外轮（3）和固定玻璃（5）通过稳固件（10）固定，旋转玻璃（7）和固定玻璃（5）中央均开孔，且开孔位置相对应，固定螺栓（6）、轴承（8）和旋转轴连接件（9）固定在旋转玻璃（7）和固定玻璃（5）的中央孔上；
所述固定外轮（3）包括旋转轮槽（31）、密封槽B（32）和固定玻璃槽（33），其中，密封槽B（32）有两个凸起B（321），旋转轮槽（31）用来容纳旋转外轮（1）和犬牙形叶片轮（2），固定玻璃槽（33）用来安置固定玻璃（5）；
所述喇叭形通道喷气口（4）包括进气口（41）和喷气口（42），进气口呈C形拐弯并逐渐缩小，从喷气口（42）喷出的气流与固定外轮（3）的旋转轮槽（31）的内缘和外缘的中心线成切线；
所述旋转外轮（1）包括密封槽A（11）、叶轮槽（12）和旋转玻璃槽（13），其中，密封槽A（11）有两个凸起A（111），旋转玻璃槽（13）用来安置旋转玻璃（7）；
所述凸起B（321）和凸起A（111）组成密封装置，防止液体进入旋转外轮（1）和固定外轮（3）的空间；
所述犬牙形叶片轮（2）是一次成型的塑料压模件，安置在叶轮槽（12）内，犬牙形叶片轮（2）的环形轮上带有90个犬牙形叶片（21）；
所述犬牙形叶片（21）形状为犬牙形，外部（212）高，内部（214）低，在气流方向上同时有1.8个叶片重叠受力，确保运动的连续性，相邻叶片之间以4°重叠排列在叶片轮上，弧形的叶片内面（213）承受喷气压力获得旋转动力，弧形的叶片外面（211）有助于减少气流阻力。
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