一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轴流风机叶轮，尤其是涉及一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮。
【背景技术】
[0002]高强度碳纤维复合材料以其轻质、高强度、材料性能具有可设计性、易于加工成型而大量应用于航天航空、飞机、叶轮等结构上，碳纤维及其复合材料制品是目前世界上发展最为迅猛的高科技材料之一。随着碳纤维价格的下降和产量的增大，目前碳纤维复合材料已经逐步走向民用市场，如风力发电机叶轮、压缩机叶轮、各种推进器叶轮等越来越多地采用碳纤维复合材料，而碳纤维轴流风机的叶轮研宄还不多。
[0003]国内外对碳纤维复合材料叶轮的研宄较多，如上海飞浪气垫船有限公司的杨光明提出的201120083846.8“气垫船用碳纤维玻璃钢离心风机叶轮”，利用碳纤维玻璃钢复合材料制造的离心叶轮，将流体从轴向吸入、径向离开叶轮，从而产生反推力使气垫船前进。如大连金山耐酸泵有限公司曲振征等提出的201410555375.4“树脂基碳纤维复合材料耐酸泵的叶轮及其制造技术”，其结构分前盖板、叶片、后盖板，然后组合而成，这种叶轮也是流体轴向进、径向出的离心泵方式。呈显军提出的201010552348.3 “一种碳纤维树脂基复合材料制造的耐腐蚀泵”，采用的叶轮为短切纤维丝与树脂复合的叶轮，其纤维分布的均匀性取决于固化前的纤维分布是否均匀，与纤维长丝层合板的敷设方法不同。江苏通力电气有限公司吴宇英等提出的201410393886.0 “一种叶轮”，采用聚丙烯腈碳纤维复合材料叶轮，将叶轮旋转方向边缘做成锯齿状外形，以切碎流体中的杂质，其本质仍然是流体轴向进径向出的离心式叶轮。宜宾海斯特纤维有限责任公司段美科等提出的201310164115.X “一种用于制造泵叶轮的环氧呋喃碳纤维材料及其制造的泵叶轮”，提出采用环氧呋喃碳纤维材料制造叶轮的技术，可以在90度温度下很好的输送流体，这种叶轮的碳纤维也是以短切纤维形式分布于叶轮中间。嘉兴瑞洋复合材料有限公司蔡正杰提出的CN200910096658.6 “一种风力发电叶片及其制造技术”采用的叶片体是由硬质泡沫夹芯和包覆在硬质泡沫夹芯外的玻璃纤维织物与玄武岩纤维织物复合层组成。株洲时代新材料科技股份有限公司冯学斌等提出的CN200910227056.X “大型复合材料风电叶片及其制备方法”，该复合材料风电叶片包括吸力面壳体、压力面壳体和固接于两壳体之间的剪切腹板组成。以上技术都是采用碳纤维作为增强材料、各类树脂作为基体的复合材料叶轮，但是功能却各不相同，采用的叶片形式和制造工艺也各不相同，没有一种可应用于轴流风机的叶轮制造上。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮，充分考虑流体在叶轮上产生的弯曲应力和拉伸应力，根据这个受力特点，利用复合材料强度的可设计性，可以通过优化复合材料的敷设方法使叶片的应力分布最合理、重量最轻、材料最省。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
安装在圆柱体金属叶轮轮毂外表面的两片或者多片碳纤维复合材料叶片，碳纤维复合材料叶片与叶轮轮毂等分连接；圆柱形金属叶轮轮毂通过其中心孔安装在马达的输出轴上，叶轮在马达带动下高速旋转，推动空气从叶轮旋转中心轴的一端进入，从叶轮旋转中心轴的另一端输出，形成轴流风。
[0006]所述碳纤维复合材料叶片的形状是连续光滑曲面，其曲面特定点轮廓必须满足以下要求:
当轴流风机叶轮半径R为250mm时，叶片前端面的轮廓为:其长边由二条同心圆弧构成，半径R分别为143.83mm和144.83mm，二条短边均为Imm的直线，前端面的中心面长度为97.42mm，前端面的中心面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为19.1°，截面位于9°?-12.5°之间；
当轴流风机叶轮半径R为212.5mm时，叶片的截面轮廓为:截面的长边由二条同心圆弧构成，半径R分别为144.21mm和145.21mm，二条短边均为Imm的直线，截面中心面长度为101.12_，截面中心面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为19.2°，截面位于
11.5° ?-15.5° 之间；
当轴流风机叶轮半径R为187.75mm时，叶片的截面轮廓为:截面的长边由二条同心圆弧构成，半径R分别为143.45mm和144.45mm，二条短边均为Imm的直线，截面中心面长度为102.85mm，截面中心面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为19.4°，截面位于11°?-18°之间；
当轴流风机叶轮半径R为125mm时，叶片的截面轮廓为:截面的长边由二条同心圆弧构成，半径R分别为145.25mm和146.25mm，二条短边均为Imm的直线，截面中心面长度为104.66mm，截面中心面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为19.7°，截面位于19.5° ?-28° 之间；
当轴流风机叶轮半径R为65mm时，叶片后端面的轮廓为:其长边由二条同心圆弧构成，半径R分别为154.25mm和155.25mm，二条短边均为Imm的直线，后端面的中心面长度为107.17mm，后端面的中心面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为20.3°，截面位于39°?-52°之间。
[0007]所述碳纤维复合材料叶片，该叶片采用8层对称复合，即复合方式为(0，+45，-45，90 ) s ο
[0008]本发明具有的有益效果是:
本发明根据叶片受到的弯曲应力和拉伸应力，利用复合材料强度的可设计性，通过对碳纤维敷设角度和复合层数的优化组合设计，使叶片上的应力分布最合理、重量最轻、材料最省；由于采用碳纤维树脂复合材料叶轮，与传统金属材料叶轮相比，重量减轻60%以上，噪音得到较大幅度降低，耐腐蚀性能得到提高，叶轮寿命得到提高，运行能耗得到降低。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的碳纤维复合材料叶轮结构示意图。
[0010]图2是图1的侧视图。
[0011]图3是本发明的叶片结构示意图。
[0012]图4是图3叶片的侧视图。
[0013]图5是图3复合材料叶片a_a截面形状图。
[0014]图6是图3复合材料叶片b-b截面形状图。
[0015]图7是图3复合材料叶片c-c截面形状图。
[0016]图8是图3复合材料叶片d-d截面形状图。
[0017]图9是图3复合材料叶片e-e截面形状图。
[0018]图中:1、叶片，2、螺钉，3、叶轮轮毂。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0020]如图1、图2所示，本发明的碳纤维复合材料叶轮结构，包括叶轮轮毂3、叶片I和螺钉2。安装在圆柱体金属叶轮轮毂3外表面的两片或者多片碳纤维复合材料叶片1，碳纤维复合材料叶片与金属叶轮轮毂3的连接，可以是螺钉2连接，也可以是螺纹压紧装置与螺钉相结合的连接；圆柱形金属叶轮轮毂I通过其中心孔安装在马达的输出轴上，叶轮轮毂厚度为60 mm，叶轮在马达带动下高速旋转，推动空气从叶轮旋转中心轴的一端进入，从叶轮旋转中心轴的另一端