一种长寿命、低噪音涡轮风机及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种长寿命、低噪音涡轮风机。涡轮风机启动前使外部高压气体通过静压轴承进入动压轴承和静压轴承的间隙处形成高压气膜将转子先悬浮起来；涡轮高速电机系统开始启动时，转子组件高速旋转，空气经过高速叶轮旋转增压后，大部分通过涡轮气体出口供气，小部分通过叶轮后部，依次通过前动压轴承悬浮动压槽增压然后再通过后动压轴承最后通过转轴中心孔回到叶轮气体入口，此时由于转子高速旋转带动动压轴承的悬浮动压槽作用形成自主的动压效应，可以实现转子悬浮。本发明专利技术可彻底解决现有技术方案无法实现长寿命和噪音设计的难题。难题。难题。

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命、低噪音涡轮风机及其工作方法


[0001]本专利技术属于医用呼吸机用涡轮风机
，具体涉及一种长寿命、低噪音涡轮风机。

技术介绍

[0002]呼吸机是常用的医疗设备之一,广泛用于急救,治疗等方面。呼吸机涡轮作为呼吸机唯一的供气部件，其主要功能是通过涡轮高速旋转对空气做功，驱动空气在系统内循环流动，给患者提供供气支持。其性能好坏直影响呼吸机整机性能。
[0003]目前，高速离心风机由于体积小、重量轻便与集成等优势，已经成为医用涡轮风机主要技术方案。其主要原理是利用高速电机带动离心叶轮高速旋转对做功。
[0004]现有的医用呼吸涡轮存采用滚动轴承的高速涡轮风机方案此种方案使用的滚动轴承在运行中由于高速旋转存在摩擦和磨损，普遍的使用寿命在20000小时左右，运行噪音普遍高于60dBA需要进行外部隔离和降噪才能满足使用要求。
[0005]随着医用呼吸机对寿命要求和噪音要求的不断提高，寿命要求已经提高至40000小时，由于呼吸机需要满足ICU使用要求，噪音要求低于40dBA。而现有的滚动轴承方案已经无法实现此技术目标，成为制约呼吸机涡轮发展的主要技术难题。
[0006]气体悬浮轴承技术是依靠转子高速旋转后产生的气体动压效应，形成气膜从而使转子悬浮，此种方案运行过程动、静转子不接触，因此理论寿命可以做到无限，同时运行无接触，因此会大大减低摩擦噪音。此种方案可以解决高速运行过程的寿命和噪音问题。但是动压气浮轴承特点是必须转速达到一定值才能形成气膜，这就使得在涡轮启动和停机过程必然存在摩擦和磨损。此种磨损产生的多余物质在呼吸系统是无法接受的。因此单独的气浮动压轴承方案也无法彻底解决医用涡轮寿命和噪音的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种新型适用于医用呼吸机涡轮风机。本专利技术涡轮风机采用动静压一体式气动悬浮轴承技术方案，涡轮风机启动前使外部高压气体通过静压轴承进入动压轴承和静压轴承的间隙处形成高压气膜将转子先悬浮起来；涡轮高速电机系统开始启动时，转子组件高速旋转，空气经过高速叶轮旋转增压后，大部分通过涡轮气体出口供气，小部分通过叶轮后部，依次通过前动压轴承悬浮动压槽增压然后再通过后动压轴承最后通过转轴中心孔回到叶轮气体入口，此时由于转子高速旋转带动动压轴承的悬浮动压槽作用形成自主的动压效应，可以实现转子悬浮。本专利技术可彻底解决现有技术方案无法实现长寿命和噪音设计的难题。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种长寿命、低噪音涡轮风机，包括泵壳，叶轮组件，定子组件，电机壳体组件，转子组件，供气管路，静压轴承组件和动压轴承组件；
[0010]电机壳体组件包括电机壳体和电机套筒，定子组件固定安装于电机壳体内部，转
子组件设于定子组件内部，定子组件与转子组件之间采用电机套筒进行屏蔽，转子组件包括转轴和设于转轴外部的磁体，转轴设有沿轴线的中心孔；
[0011]叶轮组件安装于转子组件的转轴前端；泵壳设于叶轮组件外部，泵壳与电机壳体固定连接，泵壳前端设有气体入口，泵壳还设有气体出口；
[0012]静压轴承组件包括前静压轴承和后静压轴承，动压轴承组件包括前动压轴承和后动压轴承；前动压轴承和后动压轴承外表面设有用于对气体增压的悬浮动压槽，前动压轴承和后动压轴承分别套于转子组件的转轴上，且分别与转子组件中磁体的前端面和后端面配合，前静压轴承和后静压轴承分别安装于前动压轴承和后动压轴承外部，前静压轴承内表面与前动压轴承外表面之间、以及后静压轴承与后动压轴承之间的间隙用于形成悬浮气膜；
[0013]供气管路连通外部供气设备和静压轴承组件。
[0014]进一步的，叶轮组件包括叶片，轮盖，轮盘和转接件；
[0015]叶轮组件中的叶片为14～18片；所述每片叶片的盖侧端面与轮盖固定连接，盘侧端面与轮盘固定连接；转接件为与轮盖和轮盘同轴的圆筒形结构，叶轮组件通过转接件以过盈配合的方式安装于转子组件的转轴前端，转子组件带动叶轮组件旋转。
[0016]进一步的，所述叶片盖侧端面的型线包括盖侧压力面曲线和盖侧吸力面曲线；
[0017]所述叶片盘侧端面的型线包括盘侧压力面曲线和盘侧吸力面曲线；
[0018]将叶轮组件投影于垂直于叶轮组件轴线的投影平面上，盖侧压力面曲线、盖侧吸力面曲线、盘侧压力面曲线和盘侧吸力面曲线在所述投影平面中的方程分别为：
[0019]a1＝1.8～2.2，b1＝0.38～0.48，c1＝0.29～0.35；
[0020]a2＝1.3～1.6，b2＝1.1～1.7，c2＝0.29～0.38；
[0021]a3＝1.95～2.38，b3＝1.95～2.38，c3＝1.95～2.38；
[0022]a4＝1.25～1.48，b4＝1.22～1.43，c4＝0.03～0.1；
[0023]其中，r为所述曲线中的各点到叶轮组件中心A的距离；记所述曲线与叶轮组件中心A距离最近的点为B，θ为叶轮组件中心A与所述曲线中各点的连线与BA连线的夹角，θ＝50～70
°
。
[0024]进一步的，将叶轮组件投影于垂直于叶轮组件轴线的投影平面上，盖侧压力面曲线、盖侧吸力面曲线、盘侧压力面曲线和盘侧吸力面曲线在所述投影平面中的方程分别为：
[0025]a1＝2.07，b1＝0.46，c1＝0.32，θ＝64
°
；
[0026]a2＝1.49，b2＝1.31，c2＝0.36，θ＝65
°
；
[0027]a3＝2.07，b3＝0.22，c3＝0.52，θ＝64
°
；
[0028]a4＝1.41，b4＝1.32，c4＝0.07，θ＝65
°
。
[0029]进一步的，供气管路上设有电磁截止阀；
[0030]供气管路内部安装用于控制供气管路进口压力的节流孔板。
[0031]进一步的，前静压轴承为与电机壳体组件固定连接的中空圆柱结构；
[0032]前静压轴承的外圆柱面设有环形的第一前静压密封槽、第二前静压密封槽、以及位于第一前静压密封槽和第二前静压密封槽之间的前空气槽；
[0033]前静压轴承的外圆柱面与电机壳体组件内表面配合，第一前静压密封槽和第二前静压密封槽内分别安装前静压O型圈，实现前空气槽两侧、前静压轴承的外圆柱面与电机壳体组件内表面之间的密封；
[0034]后静压轴承为与电机壳体组件固定连接的中空圆柱结构；
[0035]后静压轴承的外圆柱面设有环形的第一后静压密封槽、第二后静压密封槽、以及位于第一后静压密封槽和第二后静压密封槽之间的后空气槽；
[0036]后静压轴承的外圆柱面与电机壳体组件内表面配合，第一后静压密封槽和第二后静压密封槽内分别安装后静压O型圈，实现后空气槽两侧、后静压轴承的外圆柱面与电机壳体组件内表面之间的密封；
[0037]供气管路分别连通外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，包括泵壳(1)，叶轮组件(2)，定子组件(3)，电机壳体组件，转子组件(4)，供气管路(5)，静压轴承组件和动压轴承组件；电机壳体组件包括电机壳体和电机套筒，定子组件(3)固定安装于电机壳体内部，转子组件(4)设于定子组件(3)内部，定子组件(3)与转子组件(4)之间采用电机套筒进行屏蔽，转子组件(4)包括转轴和设于转轴外部的磁体，转轴设有沿轴线的中心孔；叶轮组件(2)安装于转子组件(4)的转轴前端；泵壳(1)设于叶轮组件(2)外部，泵壳(1)与电机壳体固定连接，泵壳(1)前端设有气体入口，泵壳(1)还设有气体出口；静压轴承组件包括前静压轴承(8)和后静压轴承(9)，动压轴承组件包括前动压轴承(10)和后动压轴承(11)；前动压轴承(10)和后动压轴承(11)外表面设有用于对气体增压的悬浮动压槽，前动压轴承(10)和后动压轴承(11)分别套于转子组件(4)的转轴上，且分别与转子组件(4)中磁体的前端面和后端面配合，前静压轴承(8)和后静压轴承(9)分别安装于前动压轴承(10)和后动压轴承(11)外部，前静压轴承(8)内表面与前动压轴承(10)外表面之间、以及后静压轴承(9)与后动压轴承(11)之间的间隙用于形成悬浮气膜；供气管路(5)连通外部供气设备和静压轴承组件。2.根据权利要求1所述的一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，叶轮组件(2)包括叶片，轮盖(2.1)，轮盘(2.2)和转接件(2.3)；叶轮组件(2)中的叶片为14～18片；所述每片叶片的盖侧端面与轮盖(2.1)固定连接，盘侧端面与轮盘(2.2)固定连接；转接件(2.3)为与轮盖(2.1)和轮盘(2.2)同轴的圆筒形结构，叶轮组件(2)通过转接件(2.3)以过盈配合的方式安装于转子组件(4)的转轴前端，转子组件(4)带动叶轮组件(2)旋转。3.根据权利要求2所述的一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，所述叶片盖侧端面的型线包括盖侧压力面曲线(2.4)和盖侧吸力面曲线(2.5)；所述叶片盘侧端面的型线包括盘侧压力面曲线(2.6)和盘侧吸力面曲线(2.7)；将叶轮组件(2)投影于垂直于叶轮组件(2)轴线的投影平面上，盖侧压力面曲线(2.4)、盖侧吸力面曲线(2.5)、盘侧压力面曲线(2.6)和盘侧吸力面曲线(2.7)在所述投影平面中的方程分别为：a1＝1.8～2.2，b1＝0.38～0.48，c1＝0.29～0.35；a2＝1.3～1.6，b2＝1.1～1.7，c2＝0.29～0.38；a3＝1.95～2.38，b3＝1.95～2.38，c3＝1.95～2.38；a4＝1.25～1.48，b4＝1.22～1.43，c4＝0.03～0.1；其中，r为所述曲线中的各点到叶轮组件(2)中心A的距离；记所述曲线与叶轮组件(2)中心A距离最近的点为B，θ为叶轮组件(2)中心A与所述曲线中各点的连线与BA连线的夹角，θ＝50～70
°
。4.根据权利要求3所述的一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，将叶轮组件(2)投影于垂直于叶轮组件(2)轴线的投影平面上，盖侧压力面曲线(2.4)、盖侧吸力面曲线(2.5)、盘侧压力面曲线(2.6)和盘侧吸力面曲线(2.7)在所述投影平面中的方程分别为：
a1＝2.07，b1＝0.46，c1＝0.32，θ＝64
°
；a2＝1.49，b2＝1.31，c2＝0.36，θ＝65
°
；a3＝2.07，b3＝0.22，c3＝0.52，θ＝64
°
；a4＝1.41，b4＝1.32，c4＝0.07，θ＝65
°
。5.根据权利要求1所述的一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，供气管路(5)上设有电磁截止阀(7)；供气管路(5)内部安装用于控制供气管路(5)进口压力的节流孔板(6)。6.根据权利要求1所述的一种长寿命、低噪音涡轮风机，其特征在于，前静压轴承(8)为与电机壳体组件固定连接的中空圆柱结构；前静压轴承(8)的外圆柱面设有环形的第一前静压密封槽(8.1)、第二前静压密封槽(8.3)、以及位于第一前静压密封槽(8.1)和第二前静压密封槽(8.3)之间的前空气槽(8.2)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝开元，龚杰峰，尹泉，张春雷，邓亮，侯留凯，冷洪飞，黄宁，卢伟，吴玉珍，叶志明，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：