CN220285822U - 绿环空调低压涡轮机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绿环空调低压涡轮机构，包括相互转动连接的锥型涡壳和气动锥壶涡轮；所述锥型涡壳内设有气动锥壶涡轮腔，锥型涡壳上设有与其切线连接的动力气体进风口；所述气动锥壶涡轮包括用于输出动力的涡轮轴，涡轮轴上沿轴向依次设有涡轮冲击叶轮、涡轮锥壶体和涡流散流旋叶且三者中部相连通；涡轮锥壶体内还设有连体叶轮；涡轮冲击叶轮位于气动锥壶涡轮腔内；从涡流散流旋叶外排出的气体流向与气动锥壶涡轮的旋向相反且线速度相当。本实用新型提供的绿环空调低压涡轮机构，既能匹配绿环空调使用，同时减少了能量损失，气体动能转化为机械能够的能量化率大幅提升。

Description

绿环空调低压涡轮机构

技术领域

本实用新型涉及低压涡轮领域，尤其涉及一种绿环空调低压涡轮机构。

背景技术

专利申请号为2021113567369、2021113580630、2021113567373等专利技术中涉及的“绿环空调”项目已在清华大学通过仿真数理研究(可提供研发报告)。

在给“绿环空调”项目配备其低压涡轮机构并进行数理研究后发现：

1)找不到与“绿环空调”结构适配的低压涡轮机构，如一定要使用现有的低压涡轮机构，则需要对“绿环空调”结构进行大改动，有背初衷、得不偿失；

2)由于第1点原因，在原来的“绿环空调”设计方案里，采用现有的通用技术，针对“绿环空调”的特点设计了专用的低压涡轮机构。但在能量转化效率上依然停留在现有的水平上：

低压气体能量转化为机械能的效率一般在75％左右，主要能量损失为涡轮与壳罩之间气体泄漏、撞击约-15％，尾部涡流约-5％，其它损失约-5％。

由以上研究发现可知，如果作出对“绿环空调”结构进行改动的牺牲，配备市场上已有的低压涡轮机构是不情之选，但在市场上很难找到，效率也不尽人意。经综合考量，必要开发一款适合“绿环空调”使用的先进的低压涡轮机构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种绿环空调低压涡轮机构，既能匹配绿环空调使用，同时减少了能量损失，气体动能转化为机械能够的能量化率大幅提升。

为实现上述目的，本实用新型提供一种绿环空调低压涡轮机构，包括相互转动连接的锥型涡壳和气动锥壶涡轮；所述锥型涡壳内设有气动锥壶涡轮腔，锥型涡壳上设有与其切线连接的动力气体进风口；所述气动锥壶涡轮包括用于输出动力的涡轮轴，涡轮轴上沿轴向依次设有涡轮冲击叶轮、涡轮锥壶体和涡流散流旋叶且三者中部相连通；涡轮锥壶体内还设有连体叶轮；涡轮冲击叶轮位于气动锥壶涡轮腔内；从涡流散流旋叶外排出的气体流向与气动锥壶涡轮的旋向相反且线速度相当。

作为本实用新型的进一步改进，所述气动锥壶涡轮腔内连接有环绕于涡轮冲击叶轮外侧的分隔壁，分隔壁上绕其中心设有至少两个朝向涡轮冲击叶轮外侧的涡道喷口；分隔壁与气动锥壶涡轮腔的内壁之间形成环形风道；环形风道与动力气体进风口之间还设有横截面积沿气体流向逐渐缩小的压气涡道。

作为本实用新型的更进一步改进，所述涡轮冲击叶轮上远离涡轮锥壶体的一侧连接有第一涡轮盖板；涡流散流旋叶上远离涡轮锥壶体的一侧连接有第二涡轮盖板。

作为本实用新型的更进一步改进，所述锥型涡壳上设有轴承座，轴承座上设有与气动锥壶涡轮腔连通的轴承腔，轴承腔内设有与第一涡轮盖板相接触的轴承；轴承座上设有与轴承腔连通的轴孔，所述涡轮轴穿过轴承和轴孔；轴孔中部侧壁上设有润滑腔，润滑腔与轴承座外壁之间通过注油孔连通。

作为本实用新型的更进一步改进，所述锥型涡壳包括与涡轮锥壶体转动配合的锥壶壳体；锥壶壳体的内端面与涡轮锥壶体的外端面之间设有密封环；密封环为聚四氟乙烯环。

作为本实用新型的更进一步改进，所述涡轮锥壶体的横截面尺寸自涡轮冲击叶轮向涡流散流旋叶方向逐渐缩小。

作为本实用新型的更进一步改进，所述涡轮轴上连接有传动齿轮。

所述涡轮冲击叶轮、连体叶轮和涡流散流旋叶三者的叶片旋向相同。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的绿环空调低压涡轮机构的优点为：

1、动力气体以V1的速度从动力气体进风口依次经过压气涡道和涡道喷口，被压缩加速至V2，然后射入并冲击涡轮冲击叶轮，驱动气动锥壶涡轮转动。动力气体在锥壶空腔内形成涡流并减速，并再次冲击连体叶轮，然后流经涡轮散流旋叶排出，其排出方向与气动锥壶涡轮转动方向相反，线速度相当，即动力气体排出时相对外面的流速几乎为零。由于动力气体排出时相对外面的流速几乎为零，该过程中动力气体的流体动能基本被气动锥壶涡轮吸收，转化为涡轮轴的机械能。通过三级(涡轮冲击叶轮、连体叶轮、涡轮散流旋叶)能量吸收转换实现机构体积缩小，更高效和噪音更低。绿环空调低压气体锥壶涡轮机构的能量化率理论上可达到90％左右。

2、由于锥型涡壳是固定的，而气动锥壶涡轮是快速旋转的。因此在防止气体从锥型涡壳气动锥壶涡轮之间的微缝泄露和降低它们之间摩擦损耗是个难题。为此，在锥型涡壳与气动锥壶涡轮之间设置了两道聚四氟乙烯(PTFE)环，并注入润滑油，能起到很好的防泄露和降低摩擦损耗的效果。聚四氟乙烯环具有极佳的自润滑功能，而且在耐温、耐磨、强度等方面性能优良，加上润滑油的存在，使得锥型涡壳与气动锥壶涡轮之间的摩擦损耗也极为微小。

3、该低压涡轮机构不仅在结构和技术性能上非常适配“绿环空调”使用，而且消除了现有通用技术中涡轮与壳罩之间气体泄漏、撞击，尾部涡流两个较大能量损失难题。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为绿环空调低压涡轮机构的俯视图；

图2为绿环空调低压涡轮机构的主视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图2的B-B剖视图；

图5为锥型涡壳的主视剖视图；

图6为锥型涡壳的俯视剖视图；

图7为气动锥壶涡轮的主视图；

图8为气动锥壶涡轮的主视剖视图；

图9为图7的C-C剖视图；

图10为图7的D-D剖视图；

图11为气体流动示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例。

实施例

本实用新型的具体实施方式如图1至图11所示，一种绿环空调低压涡轮机构，包括相互转动连接的锥型涡壳1和气动锥壶涡轮2。锥型涡壳1内设有气动锥壶涡轮腔13，锥型涡壳1上设有与其切线连接的动力气体进风口14。气动锥壶涡轮2包括用于输出动力的涡轮轴21，涡轮轴21上沿轴向依次设有涡轮冲击叶轮22、涡轮锥壶体24和涡流散流旋叶28且三者中部相连通。涡轮锥壶体24内还设有连体叶轮26。涡轮冲击叶轮22位于气动锥壶涡轮腔13内。从涡流散流旋叶28外排出的气体流向与气动锥壶涡轮2的旋向相反且线速度相当。

涡流散流旋叶28为多块且绕涡轮轴21布置，相邻涡流散流旋叶28之间构成排气口281。排气口281位于由多块涡流散流旋叶28构成的叶轮外圆周面上。

气动锥壶涡轮腔13内连接有环绕于涡轮冲击叶轮22外侧的分隔壁131，分隔壁131上绕其中心设有至少两个朝向涡轮冲击叶轮22外侧的涡道喷口16。分隔壁131与气动锥壶涡轮腔13的内壁之间形成环形风道。环形风道与动力气体进风口14之间还设有横截面积沿气体流向逐渐缩小的压气涡道15。本实施例中，涡道喷口16为6个，每个涡道喷口16的朝向与该处环形风道的空气流向之间的夹角为锐角。

涡轮冲击叶轮22上远离涡轮锥壶体24的一侧连接有第一涡轮盖板23。涡流散流旋叶28上远离涡轮锥壶体24的一侧连接有第二涡轮盖板27。第二涡轮盖板27可确保动力气流只从涡流散流旋叶28外侧排出。

锥型涡壳1上设有轴承座111，轴承座111上设有与气动锥壶涡轮腔13连通的轴承腔1114，轴承腔1114内设有与第一涡轮盖板23相接触的轴承5。轴承座111上设有与轴承腔1114连通的轴孔1111，涡轮轴21穿过轴承5和轴孔1111。轴孔1111中部侧壁上设有润滑腔1112，润滑腔1112与轴承座111外壁之间通过注油孔1113连通，通过注入润滑油起到润滑的效果。

锥型涡壳1包括与涡轮锥壶体24转动配合的锥壶壳体121。锥壶壳体121的内端面与涡轮锥壶体24的外端面之间设有密封环6。密封环6为聚四氟乙烯环。本实施例中，涡轮锥壶体24的外端面与涡轮轴21轴线相垂直，涡轮锥壶体24的外端面上设有两条同心布置且直径不同的第一半圆环形槽241。锥壶壳体121的第二涡壳12内端面与涡轮轴21轴线相垂直且与涡轮锥壶体24的外端面正对布置，第二涡壳12内端面上设有两条同心布置且直径不同的第二半圆环形槽122，每两个相对应的第一半圆环形槽241与第二半圆环形槽122之间均设有聚四氟乙烯环，即聚四氟乙烯环为两个。

锥型涡壳1包括相互扣合的第一涡壳11和第二涡壳12，两者扣合面外边缘的凸缘板之间通过螺栓4连接。气动锥壶涡轮腔13位于第一涡壳11和第二涡壳12内壁之间。轴承座111设置在第一涡壳11的涡壳罩112上，锥壶壳体121设置在第二涡壳12上，且第二涡壳12一端设有气动锥壶涡轮穿孔17。涡轮锥壶体24包括沿气流方向依次连接的锥筒段和直筒段，涡轮锥壶体24的锥筒段与锥壶壳体121的内锥面配合，涡轮锥壶体24的直筒段从气动锥壶涡轮穿孔17穿出。

涡轮锥壶体24的横截面尺寸自涡轮冲击叶轮22向涡流散流旋叶28方向逐渐缩小。

涡轮轴21上连接有传动齿轮3。此外，也可以连接有皮带轮。

涡轮冲击叶轮22、连体叶轮26和涡流散流旋叶28三者的叶片旋向相同。连体叶轮26的多个叶片沿轴向呈螺旋状排列。

工作时，动力气体以V1的速度从动力气体进风口14依次经过压气涡道15和涡道喷口16，被压缩加速至V2，然后射入并冲击涡轮冲击叶轮22，驱动气动锥壶涡轮2转动。动力气体在锥壶空腔25内形成涡流并减速，并再次冲击连体叶轮26，然后流经涡轮散流旋叶28，从排气口281排出，其排出方向与气动锥壶涡轮2的转动方向相反，线速度相当，即动力气体排出时相对外面的流速几乎为零，如图11所示。由于动力气体排出时相对外面的流速几乎为零，该过程中动力气体的流体动能基本被气动锥壶涡轮2吸收，转化为涡轮轴的机械能。通过三级(涡轮冲击叶轮22、连体叶轮26、涡轮散流旋叶28)能量吸收转换实现机构体积缩小，更高效和噪音更低。

依据能量守恒定理：

Q_出＝Q_入-Q_排-Q_w

Q_出——净输出机械能量

Q_入——输入的气流能量

Q_排——排出气流残余能量，与排气口设计有关，可控制在2％以内。

Q_w——气体泄漏、压气道风阻、轴承摩擦等微损耗能量，可控制在5％以内。

由以上公式可以看出，绿环空调低压气体锥壶涡轮机构的能量化率理论上可达到90％左右。

相关计算公式：

(1)气体压力与速度转化公式：

V²＝200g(P1-P2)

其中：V——喷气速度(m/s)

g——重力加速度9.8(N/Kg)

P1——压力(mpa)

P2——压力(mpa)

(2)同压气流面积与速度关系：

S₁/S₂＝V₂/V₁

其中：S1——气流截面1(m2)

S2——气流截面1(m2)

V1——流经截面1的气流速度(m/s)

V2——流经截面2的气流速度(m/s)

以“低压锥壶涡轮参数计算表”的部分演算成果举例，具体如下：

低压锥壶涡轮参数计算表

由以上演算可以看出:“绿环空调低压气体锥壶涡轮机构”的能量转化率可以做到90％左右。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，包括相互转动连接的锥型涡壳(1)和气动锥壶涡轮(2)；所述锥型涡壳(1)内设有气动锥壶涡轮腔(13)，锥型涡壳(1)上设有与其切线连接的动力气体进风口(14)；所述气动锥壶涡轮(2)包括用于输出动力的涡轮轴(21)，涡轮轴(21)上沿轴向依次设有涡轮冲击叶轮(22)、涡轮锥壶体(24)和涡流散流旋叶(28)且三者中部相连通；涡轮锥壶体(24)内还设有连体叶轮(26)；涡轮冲击叶轮(22)位于气动锥壶涡轮腔(13)内；从涡流散流旋叶(28)外排出的气体流向与气动锥壶涡轮(2)的旋向相反且线速度相当。

2.根据权利要求1所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述气动锥壶涡轮腔(13)内连接有环绕于涡轮冲击叶轮(22)外侧的分隔壁(131)，分隔壁(131)上绕其中心设有至少两个朝向涡轮冲击叶轮(22)外侧的涡道喷口(16)；分隔壁(131)与气动锥壶涡轮腔(13)的内壁之间形成环形风道；环形风道与动力气体进风口(14)之间还设有横截面积沿气体流向逐渐缩小的压气涡道(15)。

3.根据权利要求1所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述涡轮冲击叶轮(22)上远离涡轮锥壶体(24)的一侧连接有第一涡轮盖板(23)；涡流散流旋叶(28)上远离涡轮锥壶体(24)的一侧连接有第二涡轮盖板(27)。

4.根据权利要求3所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述锥型涡壳(1)上设有轴承座(111)，轴承座(111)上设有与气动锥壶涡轮腔(13)连通的轴承腔(1114)，轴承腔(1114)内设有与第一涡轮盖板(23)相接触的轴承(5)；轴承座(111)上设有与轴承腔(1114)连通的轴孔(1111)，所述涡轮轴(21)穿过轴承(5)和轴孔(1111)；轴孔(1111)中部侧壁上设有润滑腔(1112)，润滑腔(1112)与轴承座(111)外壁之间通过注油孔(1113)连通。

5.根据权利要求4所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述锥型涡壳(1)包括与涡轮锥壶体(24)转动配合的锥壶壳体(121)；锥壶壳体(121)的内端面与涡轮锥壶体(24)的外端面之间设有密封环(6)；密封环(6)为聚四氟乙烯环。

6.根据权利要求1所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述涡轮锥壶体(24)的横截面尺寸自涡轮冲击叶轮(22)向涡流散流旋叶(28)方向逐渐缩小。

7.根据权利要求1所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述涡轮轴(21)上连接有传动齿轮(3)。

8.根据权利要求1所述的一种绿环空调低压涡轮机构，其特征在于，所述涡轮冲击叶轮(22)、连体叶轮(26)和涡流散流旋叶(28)三者的叶片旋向相同。