CN111734655A - 呼吸机用涡轮风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸机用涡轮风机，帮助呼吸机用涡轮风机提高效率，降低电流和转速要求，进一步减少发热，提高系统可靠性，包括包括无刷空心杯电机、涡壳以及设置在涡壳内的叶轮，涡壳包括上壳体和下壳体，所述的上壳体设有进风口，所述的涡壳内沿周向设有流道，所述的上壳体和下壳体配合设有位于流道与叶轮外边沿之间的环状直风道，所述的环状直风道与流道连通，所述的叶轮包括上盖，所述的上壳体内壁与上盖外壁配合形成过风道，所述的上壳体内壁相对于上盖处设有至少一个环形槽，所述的环形槽以叶轮旋转中心为圆心呈环形，有利于提高系统效率。

Description

呼吸机用涡轮风机

技术领域

本发明涉及医疗设备制造技术领域，若干特征的结构设计，包括槽口、流道、进口特征等结构设计，帮助呼吸机用涡轮风机，提高压缩效率。

背景技术

在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。

涡轮风机是呼吸机中的重要配件，涡轮风机提供可以控制压力和流速的压缩空气，以获得治疗所需氧浓度和流量的混和气体，涡轮风机它包括涡壳以及设置在涡壳内的叶轮，所述的叶轮由低惯量、高转速、低转矩波动的无槽、无刷空心杯电机驱动，涡壳一侧中心设有进风口且沿涡壳周向设有流道，气体在空心杯电机带动的高速旋转叶轮作用下，由进口吸入，经过叶轮做功获得动能和内能，再通过流道进一步转化为所需要的高压气体，最后由出口接入至设备中。

近年来呼吸机的工况变得宽广，体积越来越小。对涡轮风机的压力和流量要求越来越高，体积又受到严格的限制。空心杯电机不得不提高转速和增大电流来应对。从而带来发热高、可靠性降低等不利影响。为避免发热高、可靠性降低等不利影响，急需提高涡轮效率来提升涡轮风机效率，从而降低电流和转速要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种呼吸机用涡轮风机，帮助呼吸机用涡轮风机提高效率，降低电流和转速要求，进一步减少发热，提高系统可靠性。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的呼吸机用涡轮风机，包括无刷空心杯电机、涡壳以及设置在涡壳内的叶轮，所述的涡壳包括上壳体和下壳体，所述的上壳体设有进风口，所述的涡壳内沿周向设有流道，所述的上壳体和下壳体配合设有位于流道与叶轮外边沿之间的环状直风道，所述的环状直风道与流道连通，所述的叶轮包括上盖，所述的上壳体内壁与上盖外壁配合形成过风道，所述的上壳体内壁相对于上盖处设有至少一个环形槽，所述的环形槽以叶轮旋转中心为圆心呈环形。

优选的，所述的环形槽截面形状为方形或弧形。

优选的，所述的上壳体内壁与上盖外壁曲面平行设置，所述的上壳体11内壁与上盖21外壁的间距为0.5 - 1.5mm

优选的，所述的环形槽深度为1/3壁厚- 2/3壁厚，所述的环形槽开口为1 – 3 mm。

优选的，所述的环形槽于过风道内均匀排布。

优选的，所述的上壳体内壁延伸有延伸段，所述的延伸段与上盖内壁相对设置，所述的延伸段与上盖内壁配合形成与过风道连通的交汇风道，所述的交汇风道的轴向长度为1 – 4 mm。

优选的，所述的上壳体内壁与延伸段配合形成流阻槽。

优选的，所述的上壳体外端部内壁与下壳体外端部内壁均设有用于组成流道的弧形面，所述的上壳体和下壳体均设有与弧形面连接的环形面，所述的上壳体上的环形面与所述的下壳体上的环形面组成环状直风道。

优选的，所述的流道尾端设有出风口，所述的流道沿气流方向的截面面积线性增大

优选的，所述的进风口为开口面积沿着进风方向逐渐变小的喇叭形，所述的进风口最小截面大于出风口最大截面。

采用以上结构后，本发明的呼吸机用涡轮风机，与现有技术相比，具有以下优点：首先设置上盖，通过所述的上壳体内壁与上盖外壁配合形成过风道，过风道宽度在0.5~1.5mm之间，过风道太大，叶轮出口处的高压气体容易泄露至进口的低压区，造成能量损失。过风道太小，容易造成干涉、有擦壳风险。通过在上壳体上设置若干个方形或弧形环状风道，叶轮出口处的高压气体需要进过这些方形或弧形风道，才能到达低压进口区，极大的增加了流通阻力，阻断了高压气体流向低压进口区的可能，避免了能量损失，提高了系统效率。直线段的环状直风道，有利于降低气体流速，更好的将气体的动压转化为静压，提升流道出口处压力，减少气体在流道中的损失。线性渐变的流道设计，有利于气体在流道中均匀流动，减少损失，提高系统效率。截面渐变的进口设计，有利于提高进气的均匀性，提高进气效率。进口最小截面大于出口最大截面，保证气体流动更加顺畅，有利于提高系统效率。

附图说明

图1是本发明的呼吸机用涡轮风机的结构示意图一。

图2是本发明的呼吸机用涡轮风机的结构示意图二。

图3是图2中沿A-A处的剖面示意图。

图4是图3中B处放大图。

图5是本发明的上壳体的结构示意图。

图6是本发明的流道的结构示意图。

图中所示：1、涡壳；11、上壳体；12、下壳体；13、进风口；14、流道；15、延伸段；16、环状直风道；17、出风口；18、流阻槽；19、环形面；2、叶轮；21、上盖；22、叶轮主体；23、嵌件；3、过风道；4、环形槽；5、交汇风道；6、无刷空心杯电机；7、气封板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1和图2为呼吸机用涡轮风机的结构示意图，图3是呼吸机用涡轮风机的剖面示意图，呼吸机用涡轮风机包括涡壳1以及设置在涡壳1内的叶轮2，叶轮2由无刷空心杯电机6驱动，无刷空心杯电机6为低惯量、无刷、无槽电机，无刷空心杯电机6带动的涡轮风机运行转速在2万–6万转，涡壳1包括上壳体11和下壳体12，所述的上壳体11设有进风口13，所述的涡壳1内沿周向设有流道14，所述的流道14尾端设有出风口17，叶轮2内设有嵌件23，嵌件23与无刷空心杯电机的轴过盈连接，通过电机无刷空心杯电机6驱动叶轮2转动，叶轮2转动将进风口13处风推至流道14并由出风口17吹处，相应的形成了进风口13处的低压区以及叶轮2出口、流道14处的高压区。

图3是呼吸机用涡轮风机的剖面示意图，图4为放大图，图5是上壳体11的结构示意，如图所示，所述的叶轮2包括上盖21和叶轮主体22，所述的上盖21和叶轮主体22之间设有若干叶片，所述的叶轮2的上盖21外壁，与上壳体11内壁曲面平行设置，所述的下壳体12上还设有气封板7，所述的气封板7位于叶轮主体22下方，所述的气封板7与叶轮主体22之间设有间隙，间隙为0.5 - 1.3mm，间隙太小气封板7与叶轮主体22容易干涉发生刮擦，间隙太大会增大涡轮风机轴向尺寸；所述的上壳体11内壁与上盖21外壁的间距为0.5 - 1.5mm，是指所述的上壳体11内壁与上盖21外壁的间距均相等且设计区间可以位于0.5 - 1.5mm之间，此处间隙太大，叶轮出口处的高压气体容易泄露至进口的低压区，造成高压回流，有能量损失，不利于出口建立压力，同时还会带来噪音问题，系统效率低。上壳体11内壁与上盖21外壁间隙太小，制造控制难度大，成本高，还容易造成干涉、有擦壳风险。

所述的上壳体11和下壳体12配合设有位于流道14与叶轮2外边沿之间的环状直风道16, 所述的上壳体11外端部内壁与下壳体12外端部内壁均设有用于组成流道14的弧形面，所述的上壳体11和下壳体12均设有与弧形面连接的环形面19，所述的上壳体11上环形面19与所述的下壳体12上的环形面19组成环状直风道16，直接通过上壳体11和下壳体12形成，不增加额外部件，环状直风道16沿叶轮2径向类似直风道，气体在空心杯电机7带动的高速旋转叶轮2作用下，由进风口13吸入，并延进风口13的延伸段15导入至叶轮2内部，通过高速旋转的叶轮2将电机能转换为气体的动能和内能，从工作叶轮2出来后，具有很高的气流速度，也即具有很大的动能，这部分动能约占叶轮加工量的25%-50%。因此，为有效的利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转化成压力能，以达到提高空气压力的目的，环状直风道16，可以帮助高速气体降低速度，顺滑过渡至流道14，更好的将动能转化为所需要的高压气体。

如图6所示，所述的流道14沿气流方向，流通的截面面积逐步线性增大，越接近出口处，截面越大。气体在进入流道14不同截面时，速度不相同，线性增大的截面积能让气体在流道14内相对均匀流动。能进一步减少气流能量损失，能很好的引导混合后高速气体，从而以相对均匀的方式在流道14内流通。

如图4所示，所述的进风口13为开口面积沿着进风方向逐渐变小的喇叭形，能具有较大的进风口13且能均匀地将气体导入叶轮2的入口，以减小气体进入时的流动损失，提高了系统效率，作为整体，调节机构使得能所述的进风口13最小截面大于出风口17最大截面，保证进风量。

图4中，叶轮2出口处的高速速度气体，通过环形直风道16，气体进一步将速增压，在经过流道14变为高压气体，此处的高压气体需要进过若干个方形或弧形的环形槽4，才能到达低压进口区，极大的增加了流通阻力，这样大大的减小了流道14处高压区气体流向低压区的进风口13，阻断了高压气体流向低压进风口13的可能，避免了能量损失，提高了系统效率。

图4中，所述的上壳体11中部与上盖21曲面平行设置，所述的上壳体11内壁与上盖21外壁的间距设计区间为0.5 - 1.5mm，以保证上壳体11内壁与上盖21外壁配合形成的过风道3均匀，所述的上壳体11内壁相对于上盖21处设有3个环形槽4，环形槽4可以设置一个或者多个，所述的环形槽4以叶轮2旋转中心为圆心呈环形，环形槽4设置多个时可以均与排布在风道内，阻流效果更好，所述的环形槽4最大深度为1/3壁厚 - 2/3壁厚，环形槽4太浅，效果有限；环形槽4太深，不利于保证结构强度，所述的环形槽4开口为1 – 3 mm，环形槽4开口太小，需要环形槽4数量较多，增加工艺复杂性，开口太大，效果差。环形槽4的尺寸主要考虑高压区与低压区的压力差。

图3是呼吸机用涡轮风机的剖面示意图，图4是放大图，所述的上壳体11内壁延伸有与上盖21内壁相对设置的延伸段15，所述的延伸段15与上盖21内壁配合形成与过风道3连通的交汇风道5，所述的交汇风道5的轴向长度为1 – 4 mm，即通过延伸段15在不改变进风口13的情况下，将交汇风道5的方向由原先的近似垂直变为现在的近似水平，这样减少气流交汇对各自的影响，有利于进一步减少高压区向低压区的流动，有利于保障进气的效率。延伸段15与上盖21内壁相对部分的长度大于1 – 4 mm，所述的交汇风道5轴向长度为1 – 4mm，太小不利于形成稳定的出风方向；太大对于稳定出风方向益处不大，且增加了与叶轮2中的叶轮片干涉的风险，并在上壳体11内壁与延伸段15连接处设有流阻槽18，进一步减少气流速度，更好阻止高压区气体向低压区流动，有利于更好保障涡轮效率。

通过环状直风道16、流道14以及交汇风道5处的结构改变，通过环状直风道16更好的将动能转化为所需要的高压气体，改变了交汇风道5出风方向保证了进风口13减少气流交汇对各自的影响以及一定程度增加流阻，并配合过风道3内环形槽4大大增加流阻，实现了压力较大程度的降低，从而无法形成较大程度的压力差，进而很难形成气体流动，很难形成气体流动进而减小叶轮2出口的压力损失，提高了叶轮2出口压力，保证了高压区的压力，另外保证了进风口13气流流向以及流量稳定，即通过环状直风道16、流道14以及交汇风道5处的结构改变，提高了系统效率，降低电流和转速要求，进一步减少发热，提高系统可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种呼吸机用涡轮风机，包括无刷空心杯电机（6）、涡壳（1）以及设置在涡壳（1）内的叶轮（2），所述的涡壳（1）包括上壳体（11）和下壳体（12），所述的上壳体（11）设有进风口（13），所述的涡壳（1）内沿周向设有流道（14），其特征在于：所述的上壳体（11）和下壳体（12）配合设有位于流道（14）与叶轮（2）外边沿之间的环状直风道（16），所述的环状直风道（16）与流道（14）连通，所述的叶轮（2）包括上盖（21），所述的上壳体（11）内壁与上盖（21）外壁配合形成过风道（3），所述的上壳体（11）内壁相对于上盖（21）处设有至少一个环形槽（4），所述的环形槽（4）以叶轮（2）旋转中心为圆心呈环形。

2.根据权利要求1所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的环形槽（4）截面形状为方形或弧形。

3.根据权利要求1或2所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的上壳体（11）内壁与上盖（21）外壁曲面平行设置，所述的上壳体（11）内壁与上盖（21）外壁的间距为0.5 -1.5mm。

4.根据权利要求1或2所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的环形槽（4）截面深度为1/3壁厚 - 2/3壁厚，所述的环形槽（4）最大开口为1 – 3 mm。

5.根据权利要求1所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的环形槽（4）于过风道（3）内均匀排布。

6.根据权利要求1所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的上壳体（11）内壁延伸有延伸段（15），所述的延伸段（15）与上盖（21）内壁相对设置，所述的延伸段（15）与上盖（21）内壁配合形成与过风道（3）连通的交汇风道（5），所述的交汇风道（5）的轴向长度为1 –4 mm。

7.根据权利要求6所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的上壳体（11）内壁与延伸段（15）配合形成流阻槽（18）。

8.根据权利要求1所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的上壳体（11）外端部内壁与下壳体（12）外端部内壁均设有用于组成流道（14）的弧形面，所述的上壳体（11）和下壳体（12）均设有与弧形面连接的环形面（19），所述的上壳体（11）上的环形面（19）与所述的下壳体（12）上的环形面（19）组成环状直风道（16）。

9.根据权利要求1所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的流道（14）尾端设有出风口（17），所述的流道（14）沿气流方向的截面面积线性增大。

10.根据权利要求9所述的呼吸机用涡轮风机，其特征在于：所述的进风口（13）为开口面积沿着进风方向逐渐变小的喇叭形，所述的进风口（13）最小截面大于出风口（17）最大截面。

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