CN112443494B - 燃气涡轮增压器及燃气设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气涡轮增压器及燃气设备。燃气涡轮增压器包括：增压组件，所述增压组件包括蜗壳和叶轮，所述蜗壳配置有进气口和出气口，所述叶轮位于所述蜗壳中并用于将从所述进气口引入的气体增压输送至所述出气口；驱动组件，所述驱动组件包括电机，所述电机的转轴伸入到所述蜗壳中并与所述叶轮驱动连接。本发明实现缩小燃气涡轮增压器的整体体积，以满足集成于燃气设备中使用的要求，实现小型化设计。

Description

燃气涡轮增压器及燃气设备

技术领域

本发明属于家用电器技术领域，尤其涉及一种燃气涡轮增压器及燃气设备。

背景技术

目前，燃气设备（燃气热水器、燃气炉等）是人们日常生活中常用的家用电器，通常情况下，燃气设备的燃气阀直接与燃气管道连接，使用时，燃气阀打开使得燃气进入到燃气设备中并通过点火器点火进行燃烧。

而由于受燃气管道压力波动的影响，为了确保燃气压力达到燃气设备的使用要求，中国专利申请号201510640505.9公开了一种燃气热水器燃气自动增压装置及方法，采用燃气增压泵来控制燃气的压力，以满足燃气热水器的燃气需求量的要求。但是，常规的燃气增压泵受结构限制，体积较大，无法集成到燃气设备中。

如何设计一种结构紧凑、体积小以便于集成在燃气设备中的燃气涡轮增压器是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种燃气涡轮增压器及燃气设备，实现缩小燃气涡轮增压器的整体体积，以满足集成于燃气设备中使用的要求，实现小型化设计。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种燃气涡轮增压器，包括：

增压组件，所述增压组件包括蜗壳和叶轮，所述蜗壳配置有进气口和出气口，所述叶轮位于所述蜗壳中并用于将从所述进气口引入的气体增压输送至所述出气口；

驱动组件，所述驱动组件包括电机，所述电机与所述叶轮驱动连接。

进一步的，所述蜗壳包括：

罩壳，所述罩壳上设置有所述进气口和所述出气口；

安装座，所述安装座密封连接在所述罩壳上，所述安装座和所述罩壳之间形成安装腔体，所述进气口和所述出气口分别与所述安装腔体连通，所述叶轮位于所述安装腔体中；所述安装座上还设置有安装孔，所述电机的转轴密封插在所述安装孔中。

进一步的，所述出气口设置在所述罩壳的中部。

进一步的，所述罩壳中还设置有引风管道，所述引风管道绕所述出气口外围布置，所述引风管道的自由端部形成所述进气口。

进一步的，所述引风管道整体呈螺旋结构。

进一步的，所述引风管道的管壁上设置有与所述安装腔体连通的通风口。

进一步的，所述通风口沿所述引风管道延伸方向布置。

进一步的，所述通风口环绕布置在所述叶轮的外侧。

进一步的，所述引风管道的截面积沿气体流动方向逐渐变小。

进一步的，所述驱动组件还包括保护壳，所述保护壳固定在所述蜗壳上并罩住所述电机。

本发明还提供一种燃气设备，包括燃烧器，还包括上述燃气涡轮增压器，所述燃气涡轮增压器的出气口与所述燃烧器连接。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过采用蜗壳在满足燃气增压的目的，蜗壳和叶轮形成涡轮增压的结构，使得燃气涡轮增压器整体更加紧凑，更有利于满足燃气涡轮增压器小型化设计的要求，使得燃气涡轮增压器能够集成在燃气设备中，减小对燃气设备体积增大的影响，更有利于在燃气设备中推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明燃气涡轮增压器一个实施例的结构示意图;

图2为图1燃气涡轮增压器的爆炸图；

图3为图1燃气涡轮增压器的剖视图；

图4为图3中A区域的局部放大示意图；

图5为罩壳的结构示意图;

图6为罩壳的剖视图；

图7为燃气设备一个实施例的结构示意图；

图8为燃气设备启动阶段的控制流程图；

图9为燃气设备运行阶段的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图6所示，本实施例燃气涡轮增压器，通常包括用于实现燃气增压的增压组件1以及驱动增压组件1运行的驱动组件2。其中，为了缩小燃气涡轮增压器的整体体积以及提高其密封性能和安全性能，则相对应的进行如下结构设计。

针对缩小燃气涡轮增压器的整体体积以满足将燃气涡轮增压器集成安装到燃气设备中使用。为此，增压组件1包括蜗壳11和叶轮12，燃气进入到蜗壳11中经叶轮12转动增压后从蜗壳11输出，以达到燃气增压的目的。而对于驱动组件2而言，则通常采用电机21来提供动力，由电机21来驱动叶轮12转动。而由于采用蜗壳11来实现燃气的增压，使得蜗壳11和叶轮12构成涡轮的结构形式，以实现燃气涡轮增压器的小体积设计。

其中，对于蜗壳11而言，为了在满足燃气密封的前提下方便操作人员进行组装，则蜗壳11包括：罩壳111和安装座112，罩壳111上设置有进气口101和出气口102，安装座112密封连接在罩壳111上，安装座112和罩壳111之间形成安装腔体10，进气口101和出气口102分别与安装腔体10连通，叶轮12位于安装腔体10中；安装座112上还设置有安装孔1121，电机21的转轴211密封插在安装孔1121中。具体的，在实际组装过程中，所述转轴穿过安装座112与叶轮12连接后，再将罩壳111与安装座112密封连接在一起。电机21可以直接固定安装在安装座112上，以使得整体结构更加紧凑，而为了便于实际使用过程中的管路连接，则在进气口101上配置有进气连接管3，并在出气口102上配置有出气连接管4，进气连接管3的管口密封套在进气口101上以便于与外部燃气管路连接；同样的，出气连接管4的管口密封套在出气口102上，以便于与燃气设备的燃烧器连接。

进一步的，为了使得在小体积条件下，满足燃气有效增压的要求，则罩壳111中部设置有出气口102，罩壳111中还设置有引风管道1111，引风管道1111绕出气口102外围布置，引风管道1111的自由端部形成进气口101。具体的，引风管道1111用于与燃气管道连接引入燃气，引风管道1111能够引导燃气流入到安装腔体10。而由于引风管道1111围绕出气口102外围分布，使得燃气在经由引风管道1111流动进入到安装腔体10中后，燃气在引风管道1111的引导下能够旋转进入到安装腔体10中。而旋转进入到安装腔体10中的燃气能够匹配叶轮12的旋转方向，使得燃气能够均匀的分布在叶轮12的边缘，以便通过叶轮12将燃气更加有效的增压。

其中，引风管道1111整体呈螺旋结构，螺旋结构的引风管道1111能够使得燃气在流动过程中，减小风阻，并提高燃气的螺旋流动能力，更有利于经过叶轮12进行增压。优选地，引风管道1111的管壁上设置有与安装腔体10连通的通风口1112。具体的，在燃气在引风管道1111中螺旋流动过程中，燃气将经过引风管道1111上的通风口1112进入到安装腔体10中。以使得燃气在经由引风管道1111引导流动的同时，便可以经过通风口1112流入到安装腔体10中，以确保燃气更加均匀的分布在叶轮12的外围。而为了实现在燃气流动过程中，均匀的分布燃气，则引风管道1111的截面积沿气体流动方向逐渐变小。采用变截面的引风管道1111，燃气在引风管道1111流动过程中，截面面积逐渐减小，从而使得燃气的风压逐渐增大，以确保燃气流动过程中，经由通风口1112能够均匀的分布燃气供应量。如图6中箭头所示的气流流动方向，燃气经过进气口101进入到引风管道1111中传输，燃气在传输过程中，便经由通风口1112均匀的分布流向叶轮12的外周。

而对于通风口1112的分布方式，则优选为通风口1112沿引风管道1111延伸方向布置。具体的，由于引风管道1111整体呈螺旋结构并围绕出气口102分布，沿着引风管道1111的延伸方向上，同时在引风管道1111的管壁上形成螺旋的通风口1112。燃气在引风管道1111中流动的同时，燃气顺着通风口1112均匀的进入到安装腔体10中，使得安装腔体10的各个区域均匀的分布燃气。而通风口1112将环绕布置在叶轮12的外侧，这样，叶轮12启动后，燃气均匀的分布在叶轮12的外围，在叶轮12的作用下，使得叶轮12周圈的燃气均匀的增压加速，以提高燃气的增压效果。

通过采用蜗壳在满足燃气增压的目的，蜗壳的结构更加紧凑，更有利于满足燃气涡轮增压器小型化设计的要求，使得燃气涡轮增压器能够集成在燃气设备中，减小对燃气设备体积增大的影响，更有利于在燃气设备中推广使用。

同时，为了满足燃气涡轮增压器在实际使用过程中，提高密封性能，以减少或避免燃气泄漏，满足提高使用安全可靠性的要求。为此，则需要针对各个部件的连接处以及运动部件进行有效的密封。其中，由于叶轮12需要与外部的电机21连接，并且，叶轮12还是运动部件，针对叶轮12与电机21的连接密封至关重要。而为了提高叶轮12安装连接的密封性能，叶轮12设置有连接轴121，连接轴121密封穿过安装孔1121并与电机21的所述转轴连接。

具体的，叶轮12直接形成有连接轴121，并将连接轴121插入到安装孔1121中实现与电机21的所述转轴连接。连接轴121与安装孔1121之间形成密封连接区域，以确保叶轮12在转动过程中，减少或避免燃气经由安装孔1121泄露至电机21处。这样，便可以从根源上有效减少燃气的泄露，以提高整体的密封性能。其中，针对连接轴121与安装孔1121之间的密封方式则是通过在连接轴21上设置第一密封圈51，第一密封圈51紧密的套在连接轴21上，第一密封圈51的外圈与安装孔1121的孔壁接触，以通过第一密封圈51来密封住连接轴121与安装孔1121之间形成的连接区域。另外，为了方便安装第一密封圈51，则在连接轴121上设置有环形凹槽122，环形凹槽122中设置有第一密封圈51，而为了提高密封性能，则可以在连接轴121上设置有多道环形凹槽122。而连接轴121与所述转轴连接的方式，可以采用联轴器等方式，优选地，为了降低成本并缩小整体体积，则连接轴121采用轴套结构，转轴211则密封插入到连接轴121形成的轴套结构中。

进一步的，为了进一步的阻挡燃气外泄，则可以在电机21与蜗壳11之间还设置有第二密封圈52，第二密封圈52围绕电机21的转轴以及连接轴121布置。具体的，在将电机21固定在蜗壳11上后，第二密封圈52便挤压在电机21和蜗壳11之间，第二密封圈52围绕转轴211和连接轴121的外围，起到双层密封的作用。这样，即便从安装孔1121中泄露出燃气，也可以被第二密封圈52进行阻挡，防止进一步的外泄。其中，安装孔1121为阶梯式孔结构，安装孔1121的阶梯面1122上形成安装凹槽1123，第二密封圈52位于安装凹槽1123中；电机21插入到安装孔1121中并贴靠在安装孔1121的阶梯面上。

另外，对于电机21而言，其通常包括壳体212、定子213、转子214和转轴211，壳体212上设置有第一轴承215和第二轴承216，定子213位于壳体212中，转子214设置在转轴211上并位于壳体212中，转轴211安装在第一轴承215和第二轴承216，第一轴承215靠近蜗壳11，第一轴承215与壳体212之间设置有第三密封圈53。具体的，通过第三密封圈53来保证转轴211组装处的密封性。

优选地，在实际使用过程中，即便出现少量的燃气从连接轴121与安装孔1121之间形成的连接区域处泄露，为了提高安全可靠性，则需要避免泄露的燃气进入到电机21的内部。这样，便可以保证电机21通电后，燃气不会因电机21内部产生电火花而被点燃。为此，避免泄露的燃气进入到电机21内部也是至关重要的。而为了避免燃气进入到电机21的内部，则可以在连接轴121与第一轴承215之间设置有第四密封圈2151，第四密封圈2151能在转轴211的外部进行进一步的密封，以避免泄露的燃气经由转轴211进入到电机21中。

而为了避免燃气进入到电机21的内部，还可以采用如下方式：连接轴121伸出至蜗壳11外的端部与电机21的外壳接触以形成动密封区。具体的，连接轴121的端面可以与电机21的外壳接触，这样，叶轮12转动过程中，连接轴121的端面便于电机21的外壳之间形成动密封区，以阻挡泄露的燃气经由转轴211进入到电机21的内部。

另外，对于蜗壳11的密封设计，则可以在安装座112的边缘设置有第五密封圈54，安装座112设置在罩壳111中，第五密封圈54贴靠在罩壳111的内壁。在将叶轮12组装到蜗壳11中后，通过第五密封圈54能够对蜗壳11的组装连接部进行有效的密封。

而为了更有效的对电机21进行保护，则驱动组件2还包括保护壳22，所述保护壳22固定在蜗壳11上，所述保护壳与蜗壳11之间形成第六密封圈55。而驱动组件2还可以配置有用于控制电机21运行的控制板23，控制板23和电机21一同被保护壳22遮盖保护。而对于控制板23的具体电路结构，可以参考针对电机21驱动控制的常规控制电路形式，在此不做限制和赘述。

通过采用在叶轮上配置连接轴与电机的转轴连接，叶轮的连接轴与蜗壳的安装孔之间进行密封设置，这样，便可以避免蜗壳中的燃气经由叶轮与电机的连接部位泄露，同时，采用叶轮配置连接轴的方式来实现与安装孔之间的密封设置，后期再维修电机时，也减少对蜗壳部分密封结构的干扰，更方便后期维修。

基于上述技术方案，如图7所示，燃气设备的表现实体可以为燃气热水器，而燃气热水器通常包括热水器主体100，其中，热水器主体100通常情况下包括燃烧器 101等部件，在此对热水器主体100的具体结构不做限制。燃烧器 101则配置连接燃气涡轮增压器200，而燃气涡轮增压器200的具体结构可以参见本发明燃气涡轮增压器实施例以及附图1-图6的记载，在此不再赘述。

为了更加精确的控制燃气涡轮增压器200运行，则燃气热水器还配置有燃气压力检测模块300，所述燃气压力检测模块连接在出气口102与所述燃烧器之间的管路上并用于检测燃气压力。燃气压力检测模块300的具体表现实体可以采用气体压力传感器等常规的气体压力检测器件，在此不做限制。在燃气热水器使用过程中，则可以通过燃气压力检测模块300检测燃气的压力来控制燃气涡轮增压器200的启停以及运行参数。

其中，燃气热水器在使用过程中的具体控制方法包括在启动阶段和运行阶段分别控制增压的方法。

如图8所示，在启动阶段，燃气热水器执行步骤S101、启动点火，燃气热水器的点火器通电进行点火。步骤S102、则由燃气压力检测模块来检测燃气的压力，若燃气压力检测模块检测到燃气压力值P低于设定启动压力值P0时，则执行步骤S103；步骤S103将启动燃气增压器对燃气进行增压直至燃烧器点火燃烧。这样，便可以在燃气热水器启动阶段，在燃气低压的情况下，确保燃气热水器能够快速启动点火，以避免点火器频繁点火而出现损坏。

如图9所示，在运行阶段，燃烧器将持续的燃烧燃气来加热水。但是，受燃气压力波动的影响，会出现因燃气压力不稳定而导致出水温度出现波动的情况。为此，在燃气热水器正常燃烧加热水的过程中，执行步骤S201、通过燃气压力检测模块检测燃气压力值P；具体的，燃气热水器在燃烧过程中，由燃气压力检测模块实时的检测燃气的压力值。步骤S202、判断燃气燃气压力检测模块检测燃气压力值P是否小于设定运行压力值P1。若P不小于设定运行压力值P1，则执行步骤S203、燃气热水器正常运行，燃气经由进气口进入并从出气口输出，此时，电机不启动。若P小于设定运行压力值P1，则执行步骤S204、启动燃气增压器对燃气进行增压以维持燃烧器的供气压力不低于P1。具体的，在增压过程中，通过燃气压力检测模块检测燃气压力值P来动态的调节燃气增压器中电机的转速，以使得增压后的燃气压力维持在P1的压力值。

优选的，为了避免频繁启动燃气增压器，所述步骤S202具体为：在判断检测燃气压力值P小于设定运行压力值P1时，进一步的判断P小于P1状态下持续时长是否超过t1，若是则执行步骤S204，否则执行步骤S203。具体的，在检测到燃气压力持续低于设定运行压力值P1达到设定时长t1后，则认为燃气的压力不足，此时，再启动燃气增压器。这样，便可以避免因短暂的燃气波动而频繁启动燃气增压器。同样的，还可以通过在单位时间内P小于设定运行压力值P1的次数累积达到n次，则执行步骤S204。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种燃气涡轮增压器，其特征在于，包括：

增压组件，所述增压组件包括蜗壳和叶轮，所述蜗壳配置有进气口和出气口，所述叶轮位于所述蜗壳中并用于将从所述进气口引入的气体增压输送至所述出气口；

驱动组件，所述驱动组件包括电机，所述电机与所述叶轮驱动连接；

其中，所述叶轮设置有连接轴，所述连接轴伸出至所述蜗壳外的端部与所述电机的外壳接触以形成动密封区；

所述蜗壳包括：

罩壳，所述罩壳上设置有所述进气口和所述出气口；

安装座，所述安装座密封连接在所述罩壳上，所述安装座和所述罩壳之间形成安装腔体，所述进气口和所述出气口分别与所述安装腔体连通，所述叶轮位于所述安装腔体中；所述安装座上还设置有安装孔，所述电机的转轴密封插在所述安装孔中；

所述安装座上还设置有安装孔，所述叶轮设置有连接轴，所述连接轴采用轴套结构，所述转轴则密封插入到所述连接轴形成的轴套结构中；

另外，所述连接轴上套有第一密封圈，所述第一密封圈贴靠在所述安装孔的孔壁上，所述连接轴与所述安装孔之间形成密封连接区域；

所述电机包括壳体、定子、转子和转轴，所述壳体上设置有第一轴承和第二轴承，所述定子位于所述壳体中，所述转子设置在所述转轴上并位于所述壳体中，所述转轴安装在所述第一轴承和第二轴承，所述第一轴承靠近所述蜗壳，所述第一轴承与所述壳体之间设置有第三密封圈，所述连接轴的端面与所述第一轴承之间设置有第四密封圈。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述出气口设置在所述罩壳的中部。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述罩壳中还设置有引风管道，所述引风管道绕所述出气口外围布置，所述引风管道的自由端部形成所述进气口，所述引风管道与所述安装腔体连通。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述引风管道整体呈螺旋结构。

5.根据权利要求3所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述引风管道的管壁上设置有与所述安装腔体连通的通风口。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述通风口沿所述引风管道延伸方向布置。

7.根据权利要求6所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述通风口环绕布置在所述叶轮的外侧。

8.根据权利要求5所述的燃气涡轮增压器，其特征在于，所述引风管道的截面积沿气体流动方向逐渐变小。

9.一种燃气设备，包括燃烧器，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一项所述的燃气涡轮增压器，所述燃气涡轮增压器的出气口与所述燃烧器连接。

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