从动锥壶轮机以及绿环空调高压涡轮机构的制作方法

本发明涉及高压涡轮领域，尤其涉及一种从动锥壶轮机以及绿环空调高压涡轮机构。主要用于“绿环空调”等需要将高压空气能量转化成其它能量的应用场景。

背景技术：

1、专利申请号为2021113567369、2021113580630、2021113567373等公开的“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)。

2、在给“绿环空调”项目配备其高压涡轮机构并进行数理研究后发现：

3、1)找不到与“绿环空调”结构适配的高压涡轮机构，如一定要使用现有的高压涡轮机构，则需要对“绿环空调”结构进行大改动，有背初衷、得不偿失；

4、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高压涡轮机构。但在能量转化效率上依然停留在现有的水平上：

5、在高压涡轮机构的前端“高压涡轮机”的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％。在高压涡轮机构的后端“从动涡轮机”的气体能量转化为机械能的效率一般也在75％左右。因此高压涡轮机构综合能量转化率为0.75*0.75＝56％左右。

6、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，配备市场上已有的高压涡轮机构是不情之选，但在市场上无法找到，效率也不尽人意。经综合考量，亟需开发一款适合“绿环空调”使用的先进高压涡轮机构。而高压涡轮机构包括位于前端的气体动力轮机和位于后端的从动轮机，两者的能量转化率均需要提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种从动锥壶轮机以及绿环空调高压涡轮机构，既能适配“绿环空调”使用，同时减少能量损耗，大幅提高能量转化率。

2、为实现上述目的，本发明提供一种从动锥壶轮机，包括相互转动连接的第一锥型涡壳和气动锥壶涡轮；所述第一锥型涡壳内设有气动锥壶涡轮腔，第一锥型涡壳上设有与气动锥壶涡轮腔切线连接的压力气体出口；所述气动锥壶涡轮包括涡轮动力输入轴，涡轮动力输入轴上沿其轴向依次设有涡流吸气旋叶、第一涡轮锥壶体和涡轮离心叶轮且三者中部沿气流方向依次连通；第一涡轮锥壶体内还设有连体叶轮；涡轮离心叶轮位于气动锥壶涡轮腔内；涡流吸气旋叶为多块且绕涡轮动力输入轴布置，相邻涡流吸气旋叶外缘之间构成吸风口。

3、作为本发明的进一步改进，所述气动锥壶涡轮腔内位于涡轮离心叶轮外侧设有涡道喷口，涡道喷口与气动锥壶涡轮腔内的环形风道连通，环形风道连通与压力气体出口之间通过压气涡道连通。

4、作为本发明的更进一步改进，所述涡流吸气旋叶上远离第一涡轮锥壶体的一侧连接有第一涡轮盖板；涡轮离心叶轮上远离第一涡轮锥壶体的一侧连接有第二涡轮盖板。

5、作为本发明的更进一步改进，所述第一锥型涡壳上设有第一轴承座，第一轴承座上设有与气动锥壶涡轮腔连通的第一轴承腔，第一轴承腔内设有与第二涡轮盖板相接触的第一轴承；第一轴承座上设有与第一轴承腔连通的第一轴孔，所述涡轮动力输入轴穿过第一轴承和第一轴孔；第一轴孔中部侧壁上设有第一润滑腔，第一润滑腔与第一轴承座外壁之间通过第一注油孔连通。

6、作为本发明的更进一步改进，所述第一锥型涡壳包括与第一涡轮锥壶体转动配合的第一锥壶壳体；第一锥壶壳体的内端面与第一涡轮锥壶体的外端面之间设有第一密封环；第一密封环为聚四氟乙烯环。

7、作为本发明的更进一步改进，所述第一涡轮锥壶体的横截面尺寸自涡流吸气旋叶向涡轮离心叶轮方向逐渐增大。

8、作为本发明的更进一步改进，所述涡流吸气旋叶、连体叶轮和涡轮离心叶轮三者的叶片旋向相同。

9、为实现上述目的，本发明还提供一种绿环空调高压涡轮机构，包括气体动力锥壶轮机和从动锥壶轮机，所述气体动力锥壶轮机包括相互转动连接的第二锥型涡壳和高压气动锥壶涡轮；所述第二锥型涡壳内设有容纳锥壶涡轮空腔，第二锥型涡壳上设有与容纳锥壶涡轮空腔切线连通的卸压加速管；所述高压气动锥壶涡轮包括涡轮动力输出轴，涡轮动力输出轴上沿轴向依次设有涡轮冲击叶轮、第二涡轮锥壶体和排风口且三者中部沿气流方向依次连通；第二涡轮锥壶体内还设有第一减旋肋片；排风口朝向与涡轮动力输出轴同轴线布置；涡轮冲击叶轮和第二涡轮锥壶体均位于容纳锥壶涡轮空腔内；气体动力锥壶轮机的涡轮动力输出轴与从动锥壶轮机的涡轮动力输入轴连接。

10、作为本发明的更进一步改进，所述涡轮冲击叶轮的两侧分别设有第三涡轮盖板和第四涡轮盖板，第四涡轮盖板位于涡轮冲击叶轮和第二涡轮锥壶体之间；所述第二锥型涡壳上设有第二轴承座，第二轴承座上设有与容纳锥壶涡轮空腔连通的第二轴承腔，第二轴承腔内设有与第三涡轮盖板相接触的第二轴承；第二轴承座上设有与第二轴承腔连通的第二轴孔，所述涡轮动力输出轴穿过第二轴承和第二轴孔；第二轴孔中部侧壁上设有第二润滑腔，第二润滑腔与第二轴承座外壁之间通过第二注油孔连通；所述第二锥型涡壳包括与第二涡轮锥壶体转动配合的第二锥壶壳体；第二锥壶壳体的内端面与第二涡轮锥壶体(外端面之间设有第二密封环；密封环为聚四氟乙烯环。

11、作为本发明的更进一步改进，所述第二锥型涡壳的容纳锥壶涡轮空腔一端设有降压气体出口，所述高压气动锥壶涡轮的排风口位于降压气体出口的内侧；排风口内侧连接有第二减旋肋片；所述卸压加速管包括位于其输出端的高压气体喷嘴，高压气体喷嘴内的气体通道横截面积沿气流方向逐渐缩小，高压气体喷嘴位于容纳锥壶涡轮空腔内；所述涡轮冲击叶轮的外边缘设有与高压气体喷嘴相适配的让位缺口。

12、有益效果

13、与现有技术相比，本发明的从动锥壶轮机以及绿环空调高压涡轮机构的优点为：

14、1、对于绿环空调高压涡轮机构的气体动力锥壶轮机，高压气体经电控阀进入卸压加速管后以v1的速度经过高压气体喷口，被压缩加速至v2并射入冲击涡轮冲击叶轮，驱动高压气动锥壶涡轮转动。动力气体在涡轮锥壶体的内腔形成涡流，被第一减旋肋片减速，然后再次被第二减旋肋片减速并从高压气动锥壶涡轮的排风口排出。由于排风口直径很小，其带动的气流蜗旋能量极小，因此尾端不必设置反喷结构。

15、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与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。为此专门在锥型涡壳与高压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。两道聚四氟乙烯(ptfe)环可以大幅增加空气的流动阻力，同时润滑油的存在使空气泄露变得极为微小。聚四氟乙烯环具有极佳的自润滑功能，且在耐温、耐磨、强度等方面性能优良，加上润滑油的存在，使得第二锥型涡壳与高压气动锥壶涡轮之间、第一锥型涡壳与气动锥壶涡轮之间的摩擦损耗也极为微小。

16、3、绿环空调高压涡轮机构的气体动力锥壶轮机由于高压气体能量均进入高压气动锥壶涡轮内，其能量去向主要为:高压气动锥壶涡轮的转动机械能和排出气体动能，而经过第一减旋肋片及第二减旋肋片后排出气体能量极低，则能量基本转化为高压气动锥壶涡轮的转动机械能，减少了能量损耗，因此，气体动力锥壶轮机的能量转化率可以做到90％左右。

17、4、对于从动锥壶轮机，气体以v4的速度被涡轮吸气旋叶吸入，经连体叶轮被加压加速至v5，然后进入锥壶空腔形成涡流，接着被涡轮离心叶轮甩入涡道喷口形成速度v6的压力气流，流经压气涡道和单向锥阀以速度v7的压力气流鼓入温压箱。整个过程空气相当经过涡轮吸气旋叶、连体叶轮、涡轮离心叶轮三级加压。因此，从动锥壶轮机的能量转化率可以做到90％左右。

18、5、绿环空调高压涡轮机构通过针对性设计，在结构和技术性能上非常适配绿环空调使用。绿环空调高压涡轮机构通过气体进入锥壶涡轮体内完成能量转换，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。通过第一锥壶涡轮体内三级能量吸收转换实现机构体积缩小，更高效和噪音更低。绿环空调高压涡轮机构的整体能量化率理论上可达到80％左右。

19、通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。