CN117780683A - 一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，涉及医疗器械技术技术领域，解决了现有微涡轮流量小、流动损失大、噪声大以及效率低的问题。本发明包括轴流串列叶栅叶轮、离心叶轮、预旋盖板和蜗壳，轴流串列叶栅叶轮和离心叶轮同轴转动设置在蜗壳上；预旋盖板安装在蜗壳上；串列叶栅的中叶栅和后叶栅的尾缘设置有仿歪型尾鳍尾缘。本发明通过增加轴流串列叶栅叶轮来与离心叶轮配合增大呼吸机的流量，改善吸力面的附面层分离并减少叶型损失；串列叶栅拥有更大的气流偏转能力，使呼吸机获得更大的效率和压比，来提高呼吸机的性能，并通过仿歪型尾鳍尾缘破碎相互作用的尾缘涡，减少流动损失，降低气动噪声，提高呼吸机效率。

Description

一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮

技术领域

本发明涉及医疗器械技术技术领域，具体为一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮。

背景技术

呼吸机是现代医学的关键工具，通过外部提供精确通气支持，在呼吸衰竭、麻醉管理、急救等场景广泛应用，对稳定患者病情、手术安全和急救救治至关重要。而微涡轮作为呼吸机的核心组成部分，其职责在于输送具有特定压力和流量参数的压缩空气，以满足呼吸机在临床治疗过程中所需的氧气浓度和混合气体流量要求。

相关技术中，微涡轮主要为离心叶轮，所述叶轮通过电机驱动，气体在叶轮作用下，由气体进口吸入，经叶轮做功获得动能和升压，再通过蜗壳流道进一步转化为所需的高压气体。现有的呼吸机微涡轮多采用离心叶轮，存在流量小、流动损失大、噪声大、效率低等问题。

发明内容

本发明为了解决上述提到的现有微涡轮流量小、流动损失大、噪声大以及效率低的问题，特此提出了一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮。本发明通过增加轴流串列叶栅叶轮来与离心叶轮配合增大呼吸机的流量，改善吸力面的附面层分离并减少叶型损失；串列叶栅拥有更大的气流偏转能力，使呼吸机获得更大的效率和压比，来提高呼吸机的性能，并通过仿歪型尾鳍尾缘破碎相互作用的尾缘涡，减少流动损失，降低气动噪声；同时增大吸力面和压力面压差，提高呼吸机效率。

本发明提出了一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其具体包括轴流串列叶栅叶轮、离心叶轮、预旋盖板和蜗壳，轴流串列叶栅叶轮和离心叶轮同轴转动设置在蜗壳上；预旋盖板安装在蜗壳上，将轴流串列叶栅叶轮和离心叶轮罩在内部；

轴流串列叶栅叶轮包括串列叶栅和轮毂，串列叶栅均匀布置在轮毂上；轮毂转动安装在轴上；串列叶栅分为三排，包括若干前叶栅、若干中叶栅和若干后叶栅，若干中叶栅和若干后叶栅尾缘位置设置有仿歪型尾鳍尾缘。

更进一步地，所述中叶栅和后叶栅上的仿歪型尾鳍尾缘起始位置均设置于弦长的89％～94％位置处

更进一步地，所述仿歪型尾鳍尾缘包括尾缘上叶和尾缘下叶，尾缘上叶长度大于尾缘下叶。

更进一步地，所述轮毂外圈直径沿气流方向增大，锥角为30°。

更进一步地，所述前叶栅安装角为45°，中叶栅安装角为35°，后叶栅安装角为25°。

更进一步地，所述预旋盖板包括头部预旋器、盖板主体和若干预旋叶片，盖板主体下端和蜗壳连接，上端设置有进气口；头部预旋器通过若干预旋叶片设置于进气口中心。

更进一步地，所述预旋叶片预旋角度为35°。

更进一步地，所述前叶栅和中叶栅之间设置有前间隙，中叶栅和后叶栅之间设置有后间隙，前间隙和后间隙的宽度沿气流方向减小。

更进一步地，所述离心叶轮包括若干离心叶片，离心叶片型线为贝塞尔曲线，厚度为0.4-0.8mm。

本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的有益效果为：

(1)本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，通过设置的轴流串列叶栅叶轮，可以增大呼吸机的流量，改善吸力面的附面层分离并减少叶型损失，使非设计工况下性能较好；同时串列叶栅拥有更大的气流偏转能力，使呼吸机获得更大的效率和压比；并通过仿歪型尾鳍尾缘破碎相互作用的尾缘涡，有效改善尾缘漩涡结构并减少流动损失，避免了尾缘出现大规模脱落涡，可有效减少尾缘区的气动噪声；同时增大吸力面和压力面压差，提高呼吸机效率；

(2)本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，设置的轴流串列叶栅叶轮采用渐扩轮毂，使轴流叶轮的进气流道呈渐缩型，该型流道可增大吸入流量，减少吸入阻力，减小噪声水平；同时，中叶栅和后叶栅设置有仿歪型尾鳍尾缘，尾缘采用偏斜正弦曲线造型。该尾缘可以破碎尾缘涡，有效改善呼吸机噪声水平；

(3)本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，预旋盖板采用正预旋，可以改善小流量情况下正攻角造成的失速问题；其通过改变切向速度来改变叶轮进口的速度三角形，改变呼吸机流量特性，使其具有宽广的流量范围，保持呼吸机在如高原环境等恶劣工况下拥有设计工况的性能稳定和高效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的立体剖切视图；

图2是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的右视局部剖视图；

图3是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的预旋盖板的立体结构图；

图4是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的轴流串列叶栅叶轮的立体结构图；

图5是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的仿歪型尾鳍尾缘放大图；

图6是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的离心叶轮的俯视图；

图7是本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的进气方向图；

其中：1-轴流串列叶栅叶轮，11-串列叶栅，12-前叶栅，13-中叶栅，14-后叶栅，15-前间隙，16-后间隙，17-仿歪型尾鳍尾缘，171-尾缘上叶，172-尾缘下叶，18-渐扩轮毂，2-离心叶轮，21-离心叶片，22-轴，3-预旋盖板，31-头部预旋器，32-盖板主体，33-预旋叶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-图7具体说明本实施方式。本实施方式所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮具体包括轴流串列叶栅叶轮1、离心叶轮2、预旋盖板3和蜗壳4，轴流串列叶栅叶轮1和离心叶轮2同轴转动设置在蜗壳4上，由电机驱动轴22从而带动轴流串列叶栅叶轮1和离心叶轮2顺时针旋转；预旋盖板3安装在蜗壳4上，将轴流串列叶栅叶轮1和离心叶轮2罩在内部；

轴流串列叶栅叶轮1包括串列叶栅11和轮毂18，串列叶栅11均匀布置在轮毂18上；轮毂18转动安装在轴22上，轴22上端头部倒有圆角；串列叶栅11分为三排，包括若干前叶栅12、若干中叶栅13和若干后叶栅14，若干中叶栅13和若干后叶栅14尾缘位置设置有仿歪型尾鳍尾缘17；气体经头部预选器流入轴流叶轮1，沿进气方向，依次经过串列叶栅11的前叶栅12、中叶栅13、后叶栅14；中叶栅13与前叶栅12的轴向重叠长度为前叶栅12轴向弦长的1/3，后叶栅14与中叶栅13的轴向重叠长度为中叶栅13轴向弦长的1/2。

所述中叶栅13和后叶栅14上的仿歪型尾鳍尾缘17起始位置均设置于弦长的89％～94％位置处。

所述仿歪型尾鳍尾缘17包括尾缘上叶171和尾缘下叶172，尾缘上叶171长度大于尾缘下叶172，非对称分布于吸力面和压力面上；所述尾缘上叶171形状根据偏斜正弦波的曲线形状进行造型。

所述轮毂18外圈直径沿气流方向增大，锥角为30°；轮毂18前端外径为12.5mm，轮毂后端内外径为20mm。

所述前叶栅12安装角为45°，中叶栅13安装角为35°，后叶栅14安装角为25°。

所述预旋盖板3包括头部预旋器31、盖板主体32和若干预旋叶片33，盖板主体32下端和蜗壳4连接，上端设置有进气口并倒有圆角；头部预旋器31通过若干预旋叶片33设置于进气口中心，头部预旋器31朝外的一端倒有圆角；预旋叶片33以头部预旋器31为中心等间隔设置，预旋叶片33的前缘和尾缘均倒有圆角，叶片数为8片；头部预旋器31不与轴22接触，二者之间的间隙为1.5～2mm。

所述预旋叶片33的安装角度为35°，头部预旋器31出口速度分量与轴流串列叶栅叶轮1旋转方向相同。预旋叶片33通过改变切向速度来改变轴流串列叶栅叶轮1进口的速度三角形，保证为负攻角，防止小流量情况下正攻角造成的失速问题。

所述前叶栅12和中叶栅13之间设置有前间隙15，中叶栅13和后叶栅14之间设置有后间隙16，前间隙15和后间隙16的宽度沿气流方向减小。

所述离心叶轮2包括若干离心叶片21，离心叶片21型线为贝塞尔曲线，离心叶片21为等厚度叶片，厚度为0.4-0.8mm，在本实施方式中离心叶片21的厚度具体为0.6mm；离心叶片21与离心叶轮2底部的轮盘相交处倒有圆角；离心叶片21的个数在10～20个，具体在本实施方式中为18个。据所需要的进口流量和流速，可以调整离心叶片21出口宽度，在本实施方式中离心叶轮2出口宽度为2mm。根据轮盘所需强度选择所述轮盘的厚度，轮盘的厚度范围为0.7～1.4mm，本实施方式中为1.3mm。

本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮的具体工作原理为：

气流流过轴流串列叶栅叶轮1后的偏转，将由3圈叶栅承担。气体流经前叶栅12吸力面产生附面层，由于前间隙15的存在将高能来流加速，并将气流引向中叶栅13的吸力面，吹除了前叶栅12尾迹的低能区，新的附面层会在中叶栅13的前缘重新形成，阻止了前叶栅12附面层分离的发展。后间隙16的存在也阻止了中叶栅13附面层分离的发展，并在后叶栅14前缘开始形成新的附面层，这极大地削减了该附面层的分离程度。串列叶栅11将叶片使得附面层的增长被断开，从而控制附面层过度的增厚，减少了叶栅的气动损失。

在尾缘上叶171上采用偏斜正弦曲线造型，可以破碎相互作用的尾缘涡，可有效改善尾缘漩涡结构并减少流动损失。同时，采用上下叶的设计可以增大吸力面和压力面压差，提高呼吸机效率。由于改善了尾缘的漩涡结构，并减少流动损失，避免了尾缘出现大规模脱落涡，可有效减少尾缘区的气动噪声。

当外界空气由入口进入微涡轮时，依次经过所述预旋盖板3，再流经所述轴流串列叶栅叶轮1和离心叶轮2，最后进入蜗壳。轴流串列叶栅叶轮1和离心叶轮同轴固定于轴22，由电机带动顺时针转动。

工作过程中，外界气体首先与预旋盖板3接触，预旋盖板3的头部预旋器31使气体在出口速度的分量与轴流串列叶栅叶轮1旋转方向相同。预选叶片33通过改变切向速度来改变轴流串列叶栅叶轮1进口的速度三角形，使得轴流串列叶栅1的入口为负攻角，防止小流量情况下正攻角造成的失速问题。随后气流流经轴流串列叶栅1，在轴流串列叶栅1中依次经过串列叶栅的前叶栅12、前间隙15、中叶栅13、后间隙16和后叶栅14。串列叶栅11将叶片附面层的增长被断开，从而防止附面层过度的增厚。同时串列叶栅11的中叶栅13和后叶栅14设置有仿歪型尾鳍尾缘17，仿歪型尾鳍尾缘17采用上下叶的设计可以增大吸力面和压力面压差，提高呼吸机效率。尾缘上叶171采用偏斜正弦曲线设计改善了尾缘的漩涡结构，并减少流动损失，避免了尾缘出现大规模脱落涡，可有效减少尾缘区的气动噪声。串列叶栅11采用渐扩轮毂，使轴流串列叶栅叶轮1的进气流道呈渐缩型，该型流道可增大吸入流量，减少吸入阻力，减小噪声水平。随即进入离心叶轮2，离心叶片21前缘接触的气流分为两股分别沿着吸力面和压力面流向尾缘，在流动过程中，由于离心叶片21的转动，离心叶片21会对离心叶轮2中的气流做功，尾缘处的气流的总压和静压将比轴流串列叶栅叶轮1入口处的更高，从而达到提高气体动能和压力的目的，保证了呼吸机高效率和压比。气体经过离心叶轮2做功后通过蜗壳4上的气体入口汇聚进入蜗壳4，首先进入螺旋形涡室，由于气体流经的截面积扩大，气体速度降低压力增加，动能转化为压力能，再由蜗壳4的扩散管流出。

总结上述实施案例，本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，通过设置的轴流串列叶栅叶轮1，可以增大呼吸机的流量，改善吸力面的附面层分离并减少叶型损失，使非设计工况下性能较好；同时串列叶栅11拥有更大的气流偏转能力，使呼吸机获得更大的效率和压比；并通过仿歪型尾鳍尾缘17破碎相互作用的尾缘涡，有效改善尾缘漩涡结构并减少流动损失，避免了尾缘出现大规模脱落涡，可有效减少尾缘区的气动噪声；同时增大吸力面和压力面压差，提高呼吸机效率；本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，设置的轴流串列叶栅叶轮1采用渐扩轮毂18，使轴流串列叶栅叶轮1的进气流道呈渐缩型，该型流道可增大吸入流量，减少吸入阻力，减小噪声水平；同时，中叶栅和后叶栅设置有仿歪型尾鳍尾缘17，尾缘上叶采用偏斜正弦曲线造型。该尾缘可以破碎尾缘涡，有效改善呼吸机噪声水平；本发明所述的一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，预旋盖板3采用正预旋，可以改善小流量情况下正攻角造成的失速问题；其通过改变切向速度来改变叶轮进口的速度三角形，改变呼吸机流量特性，使其具有宽广的流量范围，保持呼吸机在如高原环境等恶劣工况下拥有设计工况的性能稳定和高效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制发明，还可以是上述实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：包括轴流串列叶栅叶轮(1)、离心叶轮(2)、预旋盖板(3)和蜗壳(4)，轴流串列叶栅叶轮(1)和离心叶轮(2)同轴转动设置在蜗壳(4)上；预旋盖板(3)安装在蜗壳(4)上，将轴流串列叶栅叶轮(1)和离心叶轮(2)罩在内部；

轴流串列叶栅叶轮(1)包括串列叶栅(11)和轮毂(18)，串列叶栅(11)均匀布置在轮毂(18)上；轮毂(18)转动安装在轴(22)上；串列叶栅(11)分为三排，包括若干前叶栅(12)、若干中叶栅(13)和若干后叶栅(14)，若干中叶栅(13)和若干后叶栅(14)尾缘位置设置有仿歪型尾鳍尾缘(17)。

2.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述中叶栅(13)和后叶栅(14)上的仿歪型尾鳍尾缘(17)起始位置均设置于弦长的89％～94％位置处。

3.根据权利要求1或2所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述仿歪型尾鳍尾缘(17)包括尾缘上叶(171)和尾缘下叶(172)，尾缘上叶(171)长度大于尾缘下叶(172)。

4.根据权利要求3所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述尾缘上叶(171)形状为偏斜正弦波的曲线形状。

5.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述轮毂(18)外圈直径沿气流方向增大，锥角为30°。

6.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述前叶栅(12)安装角为45°，中叶栅(13)安装角为35°，后叶栅(14)安装角为25°。

7.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述预旋盖板(3)包括头部预旋器(31)、盖板主体(32)和若干预旋叶片(33)，盖板主体(32)下端和蜗壳(4)连接，上端设置有进气口；头部预旋器(31)通过若干预旋叶片(33)设置于进气口中心。

8.根据权利要求7所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述预旋叶片(33)安装角度为35°。

9.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述前叶栅(12)和中叶栅(13)之间设置有前间隙(15)，中叶栅(13)和后叶栅(14)之间设置有后间隙(16)，前间隙(15)和后间隙(16)的宽度沿气流方向减小。

10.根据权利要求1所述的离心加局部进气轴流式呼吸机微涡轮，其特征在于：所述离心叶轮(2)包括若干离心叶片(21)，离心叶片(21)型线为贝塞尔曲线，厚度为0.4-0.8mm。