一種碳纖維復(fù)合材料軸流風(fēng)機(jī)葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軸流風(fēng)機(jī)葉輪，尤其是涉及一種碳纖維復(fù)合材料軸流風(fēng)機(jī)葉輪。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、材料性能具有可設(shè)計(jì)性、易于加工成型而大量應(yīng)用于航天航空、飛機(jī)、葉輪等結(jié)構(gòu)上，碳纖維及其復(fù)合材料制品是目前世界上發(fā)展最為迅猛的高科技材料之一。隨著碳纖維價(jià)格的下降和產(chǎn)量的增大，目前碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)逐步走向民用市場(chǎng)，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪、壓縮機(jī)葉輪、各種推進(jìn)器葉輪等越來(lái)越多地采用碳纖維復(fù)合材料，而碳纖維軸流風(fēng)機(jī)的葉輪研宄還不多。
[0003]國(guó)內(nèi)外對(duì)碳纖維復(fù)合材料葉輪的研宄較多，如上海飛浪氣墊船有限公司的楊光明提出的201120083846.8“氣墊船用碳纖維玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)葉輪”，利用碳纖維玻璃鋼復(fù)合材料制造的離心葉輪，將流體從軸向吸入、徑向離開(kāi)葉輪，從而產(chǎn)生反推力使氣墊船前進(jìn)。如大連金山耐酸泵有限公司曲振征等提出的201410555375.4“樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料耐酸泵的葉輪及其制造技術(shù)”，其結(jié)構(gòu)分前蓋板、葉片、后蓋板，然后組合而成，這種葉輪也是流體軸向進(jìn)、徑向出的離心泵方式。呈顯軍提出的201010552348.3 “一種碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料制造的耐腐蝕泵”，采用的葉輪為短切纖維絲與樹(shù)脂復(fù)合的葉輪，其纖維分布的均勻性取決于固化前的纖維分布是否均勻，與纖維長(zhǎng)絲層合板的敷設(shè)方法不同。江蘇通力電氣有限公司吳宇英等提出的201410393886.0 “一種葉輪”，采用聚丙烯腈碳纖維復(fù)合材料葉輪，將葉輪旋轉(zhuǎn)方向邊緣做成鋸齒狀外形，以切碎流體中的雜質(zhì)，其本質(zhì)仍然是流體軸向進(jìn)徑向出的離心式葉輪。宜賓海斯特纖維有限責(zé)任公司段美科等提出的201310164115.X “一種用于制造泵葉輪的環(huán)氧呋喃碳纖維材料及其制造的泵葉輪”，提出采用環(huán)氧呋喃碳纖維材料制造葉輪的技術(shù)，可以在90度溫度下很好的輸送流體，這種葉輪的碳纖維也是以短切纖維形式分布于葉輪中間。嘉興瑞洋復(fù)合材料有限公司蔡正杰提出的CN200910096658.6 “一種風(fēng)力發(fā)電葉片及其制造技術(shù)”采用的葉片體是由硬質(zhì)泡沫夾芯和包覆在硬質(zhì)泡沫夾芯外的玻璃纖維織物與玄武巖纖維織物復(fù)合層組成。株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司馮學(xué)斌等提出的CN200910227056.X “大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片及其制備方法”，該復(fù)合材料風(fēng)電葉片包括吸力面殼體、壓力面殼體和固接于兩殼體之間的剪切腹板組成。以上技術(shù)都是采用碳纖維作為增強(qiáng)材料、各類樹(shù)脂作為基體的復(fù)合材料葉輪，但是功能卻各不相同，采用的葉片形式和制造工藝也各不相同，沒(méi)有一種可應(yīng)用于軸流風(fēng)機(jī)的葉輪制造上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維復(fù)合材料軸流風(fēng)機(jī)葉輪，充分考慮流體在葉輪上產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，根據(jù)這個(gè)受力特點(diǎn)，利用復(fù)合材料強(qiáng)度的可設(shè)計(jì)性，可以通過(guò)優(yōu)化復(fù)合材料的敷設(shè)方法使葉片的應(yīng)力分布最合理、重量最輕、材料最省。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
安裝在圓柱體金屬葉輪輪轂外表面的兩片或者多片碳纖維復(fù)合材料葉片，碳纖維復(fù)合材料葉片與葉輪輪轂等分連接；圓柱形金屬葉輪輪轂通過(guò)其中心孔安裝在馬達(dá)的輸出軸上，葉輪在馬達(dá)帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)空氣從葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的一端進(jìn)入，從葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的另一端輸出，形成軸流風(fēng)。
[0006]所述碳纖維復(fù)合材料葉片的形狀是連續(xù)光滑曲面，其曲面特定點(diǎn)輪廓必須滿足以下要求:
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)葉輪半徑R為250mm時(shí)，葉片前端面的輪廓為:其長(zhǎng)邊由二條同心圓弧構(gòu)成，半徑R分別為143.83mm和144.83mm，二條短邊均為Imm的直線，前端面的中心面長(zhǎng)度為97.42mm，前端面的中心面與垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的截面構(gòu)成的夾角為19.1°，截面位于9°?-12.5°之間；
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)葉輪半徑R為212.5mm時(shí)，葉片的截面輪廓為:截面的長(zhǎng)邊由二條同心圓弧構(gòu)成，半徑R分別為144.21mm和145.21mm，二條短邊均為Imm的直線，截面中心面長(zhǎng)度為101.12_，截面中心面與垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的截面構(gòu)成的夾角為19.2°，截面位于
11.5° ?-15.5° 之間；
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)葉輪半徑R為187.75mm時(shí)，葉片的截面輪廓為:截面的長(zhǎng)邊由二條同心圓弧構(gòu)成，半徑R分別為143.45mm和144.45mm，二條短邊均為Imm的直線，截面中心面長(zhǎng)度為102.85mm，截面中心面與垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的截面構(gòu)成的夾角為19.4°，截面位于11°?-18°之間；
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)葉輪半徑R為125mm時(shí)，葉片的截面輪廓為:截面的長(zhǎng)邊由二條同心圓弧構(gòu)成，半徑R分別為145.25mm和146.25mm，二條短邊均為Imm的直線，截面中心面長(zhǎng)度為104.66mm，截面中心面與垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的截面構(gòu)成的夾角為19.7°，截面位于19.5° ?-28° 之間；
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)葉輪半徑R為65mm時(shí)，葉片后端面的輪廓為:其長(zhǎng)邊由二條同心圓弧構(gòu)成，半徑R分別為154.25mm和155.25mm，二條短邊均為Imm的直線，后端面的中心面長(zhǎng)度為107.17mm，后端面的中心面與垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的截面構(gòu)成的夾角為20.3°，截面位于39°?-52°之間。
[0007]所述碳纖維復(fù)合材料葉片，該葉片采用8層對(duì)稱復(fù)合，即復(fù)合方式為(0，+45，-45，90 ) s ο
[0008]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明根據(jù)葉片受到的彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，利用復(fù)合材料強(qiáng)度的可設(shè)計(jì)性，通過(guò)對(duì)碳纖維敷設(shè)角度和復(fù)合層數(shù)的優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，使葉片上的應(yīng)力分布最合理、重量最輕、材料最省；由于采用碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料葉輪，與傳統(tǒng)金屬材料葉輪相比，重量減輕60%以上，噪音得到較大幅度降低，耐腐蝕性能得到提高，葉輪壽命得到提高，運(yùn)行能耗得到降低。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的葉片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4是圖3葉片的側(cè)視圖。
[0013]圖5是圖3復(fù)合材料葉片a_a截面形狀圖。
[0014]圖6是圖3復(fù)合材料葉片b-b截面形狀圖。
[0015]圖7是圖3復(fù)合材料葉片c-c截面形狀圖。
[0016]圖8是圖3復(fù)合材料葉片d-d截面形狀圖。
[0017]圖9是圖3復(fù)合材料葉片e-e截面形狀圖。
[0018]圖中:1、葉片，2、螺釘，3、葉輪輪轂。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料葉輪結(jié)構(gòu)，包括葉輪輪轂3、葉片I和螺釘2。安裝在圓柱體金屬葉輪輪轂3外表面的兩片或者多片碳纖維復(fù)合材料葉片1，碳纖維復(fù)合材料葉片與金屬葉輪輪轂3的連接，可以是螺釘2連接，也可以是螺紋壓緊裝置與螺釘相結(jié)合的連接；圓柱形金屬葉輪輪轂I通過(guò)其中心孔安裝在馬達(dá)的輸出軸上，葉輪輪轂厚度為60 mm，葉輪在馬達(dá)帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)空氣從葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的一端進(jìn)入，從葉輪旋轉(zhuǎn)中心軸的另一端