CN220539939U - 离心叶轮、离心风机及呼吸机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种离心叶轮、离心风机及呼吸机，离心叶轮包括第一盖板、第二盖板和多个叶片，第一盖板中心设置有第一通孔，第一通孔为进气口；第二盖板设置于第一盖板一侧，多个叶片位于第一盖板和第二盖板之间且围绕第一通孔的轴线均匀设置，叶片具有尾缘部，尾缘部为叶片远离第一通孔的一侧侧面，尾缘部与第一盖板的边缘轮廓线和/或第二盖板的边缘轮廓线之间具有间距。本申请提供的离心叶轮、离心风机及呼吸机，旨在提高离心叶轮的效率，降低离心叶轮的气动噪声。

Description

离心叶轮、离心风机及呼吸机

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种离心叶轮、离心风机及呼吸机。

背景技术

呼吸机作为一种可以有效代替、控制或辅助人的正常生理呼吸装置，现在已经普遍应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。离心风机是呼吸机的重要部件之一，而离心叶轮是离心风机的重要部件。相关技术中，由于离心叶轮的自身结构限制，导致离心风机的工作效率不高，且在工作过程中易产生噪声。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种离心叶轮、离心风机及呼吸机，旨在提高离心叶轮的效率，降低离心叶轮的气动噪声。

本申请第一方面的实施例提供了一种离心叶轮，应用于呼吸机，离心叶轮包括第一盖板、第二盖板和多个叶片，所述第一盖板中心设置有第一通孔，所述第一通孔为进气口；所述第二盖板设置于所述第一盖板一侧，所述多个叶片位于所述第一盖板和所述第二盖板之间且围绕所述第一通孔的轴线均匀设置，所述叶片具有尾缘部，所述尾缘部为所述叶片远离所述第一通孔的一侧侧面，所述尾缘部与所述第一盖板的边缘轮廓线和/或所述第二盖板的边缘轮廓线之间具有间距。

本申请实施例中，叶片的尾缘部与第一盖板的边缘轮廓线和/或第二盖板的边缘轮廓线之间具有间距，即叶片的尾缘部与第一盖板边缘和/或第二盖板边缘之间设置有无叶扩压段，无叶扩压段可以优化相邻叶轮之间的流道中的气流走向，减小流道中的气流损失，平衡离心叶轮的尾缘受力，以提高离心叶轮的工作效率，并减少离心叶轮的叶片尾缘噪声，进而降低离心叶轮的气动噪声。

在一些实施例中，所述尾缘部与所述第一盖板的边缘轮廓线和/或所述第二盖板的边缘轮廓线之间的间距小于等于0.4mm且大于等于0.2mm。

在一些实施例中，所述尾缘部远离所述第二盖板的一侧与所述尾缘部靠近所述第二盖板的一侧之间的间距小于等于2.1mm且大于等于1.9mm。

在一些实施例中，相邻的两个所述叶片之间形成流道，沿所述第二盖板的中心至所述第二盖板的边缘方向，所述流道远离所述第二盖板的一侧和所述流道靠近所述第二盖板的一侧之间的间距逐渐减小。

在一些实施例中，每一所述叶片为后弯式叶片，每一所述叶片的进口安装角小于等于63°且大于等于55°，每一所述叶片的出口安装角小于等于43°且大于等于30°。

在一些实施例中，所述叶片包括相对设置的叶顶和叶根，所述叶顶为所述叶片远离所述第二盖板的一侧侧面，所述叶根为所述叶片与所述第二盖板抵接的一侧侧面，所述叶顶和所述叶根的轮廓线均为贝塞尔曲线。

在一些实施例中，所述第二盖板中心设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置；所述第二盖板包括平面部和曲面部，所述曲面部设置于所述平面部和所述第二通孔之间，所述平面部所述在平面与所述第二通孔的轴线延伸方向垂直。

在一些实施例中，所述尾缘部所在平面垂直于所述平面部所在平面。

本申请第二方面的实施例提供了一种离心风机，包括壳体和上述中任一所述的离心叶轮，所述壳体内部具有容纳空间，所述离心叶轮置于所述容纳空间内。

本申请实施例提供的离心风机包括的离心叶轮中，叶片的尾缘部与第一盖板的边缘轮廓线和/或第二盖板的边缘轮廓线之间具有间距，即叶片的尾缘部与第一盖板边缘和/或第二盖板边缘之间设置有无叶扩压段，无叶扩压段可以优化相邻叶轮之间的流道中的气流走向，减小流道中的气流损失，平衡离心叶轮的尾缘受力，从而提高离心叶轮的工作效率，并减少离心叶轮的叶片尾缘噪声，进而降低离心风机的气动噪声。

本申请第三方面的实施例提供了一种呼吸机，包括上述中任一所述的离心叶轮。

附图说明

图1为本申请一实施例中的离心叶轮的结构示意图；

图2为本申请一实施例中的离心叶轮的剖视图；

图3为本申请一实施例中的离心叶轮的局部结构俯视图；

附图标记：离心叶轮-100、第一盖板-1、第一通孔-11、第二盖板-2、第二通孔-21、平面部-22、曲面部-23、叶片-3、尾缘部-31、流道-32、叶顶-33、叶根-34、连接轴套-200。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间元件。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

此外，在说明书中，短语“平面分布示意图”是指当从上方观察目标部分时的附图，短语“截面示意图”是指从侧面观察通过竖直地切割目标部分截取的剖面时的附图。

此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

呼吸机作为一种可以有效代替、控制或辅助人的正常生理呼吸装置，现在已经普遍应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。离心风机是呼吸机的重要部件之一，而离心叶轮是离心风机的重要部件。相关技术中，由于离心叶轮的自身结构限制，导致离心风机的工作效率不高，且在工作过程中易产生噪声。离心风机产生的气动噪声是呼吸机噪声的主要来源，气动噪声成因非常复杂，大体可分为来流噪声、风机翼型噪声和风机叶尖噪声，而风机的翼型噪声又包含叶片前缘噪声、叶片边界层噪声和叶片尾缘噪声。因此，除了合理的设计离心风机壳体的结构外，优化离心叶轮的流道设计和翼型设计是控制离心风机噪声的主要手段。

基于上述问题，本申请提供了提供一种离心叶轮、离心风机及呼吸机，旨在提高离心叶轮的效率，降低离心叶轮的气动噪声。

本申请第一方面的实施例提供了一种离心叶轮100，应用于呼吸机，如图1至图3所示，离心叶轮100包括第一盖板1、第二盖板2和多个叶片3，第一盖板1中心设置有第一通孔11，第一通孔11为进气口；第二盖板2设置于第一盖板1一侧，多个叶片3位于第一盖板1和第二盖板2之间且围绕第一通孔11的轴线均匀设置，叶片3具有尾缘部31，尾缘部31为叶片3远离第一通孔11的一侧侧面，尾缘部31与第一盖板1的边缘轮廓线和/或第二盖板2的边缘轮廓线之间具有间距。

本申请实施例中，如图1至图3所示，叶片3的尾缘部31与第一盖板1的边缘轮廓线和/或第二盖板2的边缘轮廓线之间具有间距，即叶片3的尾缘部31与第一盖板1边缘和/或第二盖板2边缘之间设置有无叶扩压段，无叶扩压段可以优化相邻叶轮之间的流道32中的气流走向，减小流道32中的气流损失，平衡离心叶轮100的尾缘受力，以提高离心叶轮100的工作效率，并减少离心叶轮100的叶片尾缘噪声，进而降低离心叶轮100的气动噪声。

可选地，离心叶轮100的叶片3数量可以为7至12片，例如，离心叶轮100上可以设置10片叶片3，且10片叶片3沿离心叶轮100的周向呈放射状均匀分布。此外，离心叶轮100上的叶片3数量可根据实际需求增加或删减，可以小于7或大于12，本申请对此不做具体限定。

可选地，第一盖板1、第二盖板2和多个叶片3可以通过注塑或热熔合等方式连接为一体结构，从而提高第一盖板1、第二盖板2和多个叶片3的连接稳定性，提高离心叶轮100的可靠性，且连接方式简单，成本较低。离心叶轮100的材质包括但不限于树脂和塑料。

在一些实施例中，如图1和图3所示，尾缘部31与第一盖板1的边缘轮廓线和/或第二盖板2的边缘轮廓线之间的间距D1小于等于0.4mm且大于等于0.2mm，即无叶扩压段的长度小于等于0.4mm且大于等于0.2mm，可以在保证离心叶轮100的工作稳定性的条件下，平衡离心叶轮100的尾缘受力，提高离心叶轮100的工作效率，减少离心叶轮100的叶片尾缘噪声。可选地，无叶扩压段的长度可以为0.25mm或0.3mm，可根据实际需求设置，本申请对此不作限定。

在一些实施例中，如图2所示，尾缘部31远离第二盖板2的一侧与尾缘部31靠近第二盖板2的一侧之间的间距D2小于等于2.1mm且大于等于1.9mm，即尾缘部31的高度小于等于2.1mm且大于等于1.9mm，离心叶轮100中的气流出口高度小于等于2.1mm且大于等于1.9mm。

在一些实施例中，如图1和图3所示，相邻的两个叶片3之间形成流道32，流道32一端与第一通孔11连通，沿第二盖板2的中心至第二盖板2的边缘方向，流道32远离第二盖板2的一侧和流道32靠近第二盖板2的一侧之间的间距逐渐减小，可以优化离心叶轮100的流道设计，优化流道32中的气流走向，有利于降低相邻叶片3之间的流道32中产生涡流的概率，以降低离心叶轮100产生的涡流噪声，降低离心叶轮100的气动噪声。

在一些实施例中，如图1和图3所示，每一叶片3为后弯式叶片，每一叶片3的进口安装角θ1小于等于63°且大于等于55°，每一叶片3的出口安装角θ2小于等于43°且大于等于30°。如图3所示，离心叶轮100下方的箭头表示离心叶轮100的旋转方向，后弯式叶片指沿离心叶轮100的旋转方向，叶片3的弯曲方向朝向离心叶轮100外缘，也就是叶片3的后缘比前缘更弯曲，以更好地抵抗风力，减少叶片3的变形和损坏，提高离心叶轮100的可靠性和稳定性，使离心叶轮100能够适用于高风速环境下，增大离心叶轮100的工作区间。

本申请实施例中，如图3所示，离心叶轮100下方的箭头表示离心叶轮100的旋转方向，叶片3的进口安装角θ1指的是离心叶轮100进气口处的叶片3翼型骨线的切线与圆周方向的夹角，叶片3的出口安装角θ2指的是离心叶轮100出气口处的叶片3翼型骨线的切线与圆周方向的夹角。每一叶片3的进口安装角θ1小于等于63°且大于等于55°，每一叶片3的出口安装角θ2小于等于43°且大于等于30°，该角度的设置，能够优化流道32中的气流走向，便于离心叶轮100中气流的流动，降低流道32中的气流损失，从而提高离心叶轮100的效率，且使离心叶轮100的工作效率曲线平缓，增大离心叶轮100的工作区间。其次，该角度的设置，还可以使离心叶轮100的失速点向叶片3的尾缘部31移动，从而降低离心叶轮100的流道32中产生脱流现象的概率，减小气流在流道32内受到的阻力，提高离心叶轮100的稳定性。其中，脱流现象指离心叶轮100中，进气气流与叶片3的进气口形成正冲角时，随着冲角的增大，会在叶片3尾缘附近的部分点位上产生涡流。当正冲角超过某一临界值时，气流在叶片3中的流动遭到破坏，气流升力减小，气流阻力却急剧增加的现象，这种现象还被称为“旋转脱流”或“失速”。

可选地，如图3所示，叶片3的进口安装角θ1可以为60°或59°，叶片3的出口安装角θ2可以为41°或36°，叶片3的进口安装角θ1和出口安装角θ2的角度可根据实际需求设置，本申请对此不作限定。

在一些实施例中，如图1至图3所示，叶片3包括相对设置的叶顶33和叶根34，叶顶33为叶片3远离第二盖板2的一侧侧面，叶根34为叶片3与第二盖板2抵接的一侧侧面，叶顶33和叶根34的轮廓线均为贝塞尔曲线。

本申请实施例中，如图3所示，叶顶33和叶根34轮廓线均为曲率均匀过渡的贝塞尔曲线，通过贝塞尔曲线可以优化叶片3形状，从而优化离心叶轮100的流道设计，优化流道32中的气流走向，降低叶片3的流道32中的气流损失，还可以减少流道32进气口的涡流及流动分离，使流道32进气口气流顺畅，相对应的，流道32出气口的气流流动分离现象也有一定降低，可以在保证离心叶轮100的性能和工作效率的同时，优化流道32的流场情况，降低离心叶轮100的气动噪声。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第二盖板2中心设置有第二通孔21，第一通孔11和第二通孔21同轴设置；第二盖板2包括平面部22和曲面部23，曲面部23设置于平面部22和第二通孔21之间，平面部22所在平面与第二通孔21的轴线延伸方向垂直。曲面部23设置于第二盖板2靠近流道32进气口的一侧，可以优化流道32中进气口处的气流走向，减小进气气流对叶片3靠近第一通孔的一侧的前缘处的冲击，从而降低离心叶轮100的气动噪声，提高离心叶轮100的工作效率，并在增加离心叶轮100的稳定性的同时，提高离心叶轮100的可靠性。曲面部23的曲率可根据离心叶轮100的转速等因素设置，本申请对此不作限定。

在一些实施例中，如图2所示，尾缘部31所在平面垂直于平面部22所在平面，即尾缘部31所在平面与第一通孔11的轴线平行，可以进一步优化离心叶轮100的尾缘部31处的气流走向，即流道32出气口处的气流走向，减小气流损失，降低离心叶轮100的气动噪声，并提高离心叶轮100的工作效率。

本申请第二方面的实施例提供了一种离心风机，包括壳体和上述中任一所述的离心叶轮100，壳体内部具有容纳空间，离心叶轮100置于容纳空间内。

本申请实施例中，离心风机是呼吸机的重要部件之一，离心风机主要包括电机、壳体和设置于壳体内的离心叶轮100。电机用于驱动离心叶轮100在壳体内高速旋转产生气流。如图2所示，离心叶轮100的第二通孔21中设置有连接轴套200，离心叶轮100通过连接轴套200与电机的输出轴配合连接，其中连接轴套200与电机的输出轴过盈配合。壳体包括与第一通孔11连通的进风口，壳体内沿离心叶轮100的周向设有环形气体流道，进风口通过环形气体流道与壳体的出风口连通。

本申请实施例提供的离心风机包括的离心叶轮100中，如图1至图3所示，叶片3的尾缘部31与第一盖板1的边缘轮廓线和/或第二盖板2的边缘轮廓线之间具有间距，即叶片3的尾缘部31与第一盖板1边缘和/或第二盖板2边缘之间设置有无叶扩压段，无叶扩压段可以优化相邻叶轮之间的流道32中的气流走向，减小流道32中的气流损失，平衡离心叶轮100的尾缘受力，从而提高离心叶轮100的工作效率，并减少离心叶轮100的叶片尾缘噪声，进而降低离心风机的气动噪声。

可选地，电机包括但不限于低惯量、高转速、低转矩波动的无槽、无刷空心杯电机。

本申请第三方面的实施例提供了一种呼吸机，包括上述中任一所述的离心叶轮100。离心风机是呼吸机的关键部件，离心风机中的离心叶轮100可以向呼吸机提供具有一定压力和流量的压缩空气，从而使呼吸机中形成临床治疗时所需要的氧气浓度和所需流量的混和气体。具体的，在高速旋转的离心叶轮100的作用下，气体由离心风机的壳体上的进风口进入离心风机内，经过离心风机内的离心叶轮100做功获得动能和内能，再通过相邻叶片3之间的流道32进一步转化为所需要的高压气体，最后由离心风机的出风口流出并接入呼吸机下一级设备中。由于呼吸机包括上述中任一所述的离心叶轮100，因此本申请提供的呼吸机具有上述中任一所述的离心叶轮100所具有的全部优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种离心叶轮，应用于呼吸机，其特征在于，包括：

第一盖板，所述第一盖板中心设置有第一通孔，所述第一通孔为进气口；

第二盖板，所述第二盖板设置于所述第一盖板一侧，

多个叶片，所述多个叶片位于所述第一盖板和所述第二盖板之间且围绕所述第一通孔的轴线均匀设置，所述叶片具有尾缘部，所述尾缘部为所述叶片远离所述第一通孔的一侧侧面，所述尾缘部与所述第一盖板的边缘轮廓线和/或所述第二盖板的边缘轮廓线之间具有间距。

2.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述尾缘部与所述第一盖板的边缘轮廓线和/或所述第二盖板的边缘轮廓线之间的间距小于等于0.4mm且大于等于0.2mm。

3.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述尾缘部远离所述第二盖板的一侧与所述尾缘部靠近所述第二盖板的一侧之间的间距小于等于2.1mm且大于等于1.9mm。

4.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，相邻的两个所述叶片之间形成流道，沿所述第二盖板的中心至所述第二盖板的边缘方向，所述流道远离所述第二盖板的一侧和所述流道靠近所述第二盖板的一侧之间的间距逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，每一所述叶片为后弯式叶片，每一所述叶片的进口安装角小于等于63°且大于等于55°，每一所述叶片的出口安装角小于等于43°且大于等于30°。

6.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶片包括相对设置的叶顶和叶根，所述叶顶为所述叶片远离所述第二盖板的一侧侧面，所述叶根为所述叶片与所述第二盖板抵接的一侧侧面，所述叶顶和所述叶根的轮廓线均为贝塞尔曲线。

7.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述第二盖板中心设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置；所述第二盖板包括平面部和曲面部，所述曲面部设置于所述平面部和所述第二通孔之间，所述平面部所在平面与所述第二通孔的轴线延伸方向垂直。

8.根据权利要求7所述的离心叶轮，其特征在于，所述尾缘部所在平面垂直于所述平面部所在平面。

9.一种离心风机，其特征在于，包括壳体和如权利要求1至8中任一项所述的离心叶轮，所述壳体内部具有容纳空间，所述离心叶轮置于所述容纳空间内。

10.一种呼吸机，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的离心叶轮。