一种具有复合材料衬层的蜗壳结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有复合材料衬层的蜗壳结构，包括蜗壳基体和用于减少表面粗糙度的复合材料衬层；所述蜗壳基体内腔设有用于加固复合材料衬层的加强筋，所述加强筋设为网格状；所述复合材料衬层设置在蜗壳基体内壁的上方，与含有加强筋的内壁固定连接。本发明提供的蜗壳结构简单，设计合理，制造难度低，复合材料衬层能够有效降低蜗壳基体内腔的粗糙度，减少叶轮运转时的流体流动空气阻力；通过成型获得的具有复合材料衬层的蜗壳内腔形状尺寸精度高，能精确控制叶片与蜗壳之间的均匀间隙，可以明显提高泵、风机或压缩机运转的效率和可靠性。
【专利说明】
一种具有复合材料衬层的蜗壳结构
技术领域
[0001]本发明涉及蜗壳制造领域，尤其涉及一种具有复合材料衬层的蜗壳结构。
【背景技术】
[0002]栗、风机和压缩机是提高气体或液体压力、输送气体或液体的典型流体机械。栗的栗壳和风机与压缩机的机壳(统称蜗壳)以及叶轮是栗、风机和压缩机的关键零件，蜗壳是基体，叶轮安装在蜗壳内。叶轮与蜗壳之间形成的腔体在气体或液体入口吸入气体或液体，随着叶轮的旋转，腔体发生位置和体积变化，将气体或液体提升压力并转移至气体或液体出口，实现气体或液体的输送。
[0003]叶轮与蜗壳之间腔体的精确尺寸对栗、风机和压缩机的性能、效率和运行可靠性有着重要的影响。目前蜗壳主要采用铸造、机械加工或钣金加工等方法制造，存在形状尺寸精度低、表面粗糙等缺点，导致叶轮与蜗壳之间间隙大、间隙不均匀，叶轮与蜗壳之间腔体的尺寸难以精确控制；在栗、风机和压缩机运行时，容易产生气体或液体的回流等现象，降低栗、风机和压缩机的效率，对压力和流量也存在影响。同时蜗壳内表面粗糙，气体或液体高速流动时，因摩擦导致的阻力显著增大，需要消耗驱动电机功率，进一步降低栗、风机和压缩机的效率。同时，摩擦产生的热量将使栗、风机和压缩机的温度升高，影响栗、风机和压缩机的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有复合材料衬层的高精度蜗壳结构。
[0005]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0006]—种具有复合材料衬层的蜗壳结构，主要包括蜗壳基体、以及用于减少表面粗糙度和提高蜗壳形状尺寸精度的复合材料衬层。所述蜗壳基体内腔上设有用于加固复合材料衬层的加强筋，为了获得更好的粘结和固定效果，所述加强筋设为网格状。所述复合材料衬层设置在蜗壳基体内表面及加强筋的上方，与蜗壳基体内表面及加强筋通过高分子树脂胶固定连接。该复合材料衬层可以降低蜗壳内表面的粗糙度，提高蜗壳内表面的形状尺寸精度，从而减小叶轮与蜗壳之间间隙、保证间隙的均匀、确保叶轮与蜗壳之间腔体尺寸的精确控制，以提高栗、风机和压缩机的效率，提升栗、风机和压缩机的输出压力，同时可以降低运转时蜗壳内表面的摩擦，提高蜗壳工作的可靠性和工作效率。
[0007]作为本发明的优选方案，所述复合材料衬层的厚度为2毫米至4毫米之间，使蜗壳基体在不改变蜗壳外形尺寸的前提下，既能保证蜗壳的有足够强度，又能方便复合材料衬层的制造，还能保持复合材料衬层强度及其与蜗壳基体的粘结强度。
[0008]作为本发明的优选方案，所述加强筋的厚度设为I毫米至2毫米之间，既能保证复合材料衬层与蜗壳基体间获得良好的粘结和固定效果，又能减小对复合材料衬层的整体强度的影响。
[0009]作为本发明的优选方案，所述复合材料衬层由液状复合材料通过注射工艺在蜗壳基体内腔成型后固化得到，既有利于复合材料衬层的成型及与蜗壳基体的直接粘结，又能保证蜗壳内表面形状尺寸精度以及与叶片间的合理均匀的间隙。
[0010]进一步的，所述蜗壳基体上还设有用于注射液状复合材料的若干注射孔，所述注射孔可以设置在加强筋上，或者设置在其它位置上。
[0011]优选的，所述注射孔的直径尺寸为2毫米至5毫米，一方面有助于既由于液态复合材料的注射成型，另一方面便于成型后注射孔的封堵。
[0012]作为本发明的优选方案，所述液状复合材料以高分子树脂胶为基体，加入短切碳纤维和高分子树脂胶固化剂制成。添加短切碳纤维可以对复合材料进行增强，提高衬层的强度;添加的高分子树脂胶固化剂可以促进高分子复合材料的固化成型。
[0013]—种具有复合材料衬层的蜗壳结构，具体包括如下步骤:
[0014]步骤S1:设计时，在蜗壳基体的内腔留出空隙用于成型复合材料衬层，在留出的空隙上先设有网格状的加强筋，该加强筋用于加强固定复合材料衬层，防止衬层变形、脱胶剥离、或与蜗壳基体产生相对滑动而破坏等。作为本发明的优选方案，留出的空隙厚度为2毫米至4毫米之间；加强筋的厚度为I毫米至2毫米之间。
[0015]步骤S2:制造蜗壳基体，采用铸造工艺、机加工或钣金加工工艺制造出蜗壳的基体;然后对该基体的毛坯进行清洗处理，并按照蜗壳和叶轮安装的精度要求对除成型复合材料衬层区域外的蜗壳基体其它部位，包括叶轮安装部位，进行精密加工，除复合材料衬层与蜗壳基体粘结面外的其它部位形状尺寸精度与蜗壳一致。
[0016]步骤S3:在蜗壳基体上开设用于注入复合材料的注射孔;注射孔的数量为一个或多个，注射孔的直径为2毫米至5毫米。
[0017]步骤S4:根据蜗壳内表面的形状和复合材料衬层的厚度要求，设计用于复合材料衬层成型的成型模具，并安装在蜗壳基体上，成型模具的安装方法与叶轮的安装方式一致。成型模具与蜗壳基体之间形成用于注射复合材料的成型腔。进一步的，根据实际需要，该步骤中还包括设计并制造用于注射时将液态复合材料密封的模具，该密封模具与成型模具、蜗壳基体一起构成用于注射成型的复合材料成型腔，可以更好地将成型腔密封，避免液态复合材料在注入时从其它地方溢出。更进一步的，为了方便成型模具和密封模具脱模，所述成型模具和密封模具的成型腔内壁上都均匀涂有脱模剂。更进一步的，为提高复合材料衬层与蜗壳基体间的粘结强度，对蜗壳基体与复合材料衬层粘结的表面，进行酸洗处理，或再涂抹硅烷偶联剂进行硅烷膜处理。
[0018]步骤S5:以液体高分子树脂胶为基体，加入一定比例的短切碳纤维和高分子树脂胶固化剂后获得液体状复合材料;其中，添加短切碳纤维可以对复合材料进行增强，提高衬层的强度;其中，添加固化剂促进高分子复合材料的固化成型。
[0019]步骤S6:通过注射孔将液体状复合材料注入成型腔，并进行保压固化，形成复合材料衬层;该复合材料衬层与蜗壳基体包含加强筋的内腔紧密粘结。
[0020]步骤S7:将成型模具拆卸出来，并封堵蜗壳基体上的注射孔，最终得到具有复合材料衬层的蜗壳。
[0021]本发明的工作过程和原理是:本发明将复合材料设置在蜗壳基体的内腔上，利用复合材料具有强粘结性和低粗糙度的特点来降低栗、风机或压缩机在运转时的气体或液体流动阻力，可以显著提高叶轮的运行效率和可靠性；另外，通过设置网格状的加强筋，可以增大蜗壳基体与复合材料的粘结面积，使复合材料粘黏得更稳固，不容易产生变形、脱胶剥离、或与蜗壳基体产生相对滑动等现象;最后将成型模具和密封模具安装在蜗壳基体内，构成复合材料衬层的成型腔，可以精确控制衬层的尺寸和形状，将液态状的复合材料通过注射孔注入成型腔内，保压成型固化后便可以稳固地粘黏在蜗壳基体内。本发明提供的蜗壳结构简单，设计合理，制造难度低，复合材料衬层能够有效降低蜗壳基体内腔的粗糙度，减少叶轮运转时的气体或液体流动阻力;通过成型获得的复合材料衬层蜗壳内腔形状尺寸精度高，能精确控制叶片与蜗壳之间的均匀间隙，可以明显提高栗、风机或压缩机运转的效率和可靠性。
[0022]与现有技术相比，本发明还具有以下优点:
[0023](I)本发明将复合材料衬层的厚度控制在2毫米至4毫米之间，对蜗壳基体的结构和强度影响小，厚度尺寸的控制精度高。
[0024](2)本发明在衬层下方设有网格状的加强筋，有助于固定复合材料衬层，避免发生变形、脱落现象。
[0025](3)本发明采用蜗壳基体和成型模具、密封模具的配合，通过注射孔将液体复合材料注射成型，可以精确控制蜗壳复合材料衬层的形状尺寸，避免与叶轮产生干涉。
[0026](4)本发明采用高分子树脂胶复合材料衬层的蜗壳内腔，表面粗糙度低，降低气体或液体流动阻力，避免栗、风机或压缩机等运行时升温过快，导致运转效率降低。
【附图说明】
[0027]图1是本发明所提供的蜗壳的立体示意图。
[0028]图2是本发明所提供的蜗壳的主视图。
[0029]图3是本发明所提供的蜗壳的俯视剖视图。
[0030]图4是本发明所提供的复合材料衬层的局部剖视图。
[0031 ]图5是本发明所提供的制造具有复合材料衬层蜗壳的方法流程图。
[0032]图6是本发明所提供的注射孔的结构示意图。
[0033]图7是本发明所提供的注射孔的剖视图。
[0034]图8是本发明所提供的成型模具的主视图。
[0035]图9是本发明所提供的成型模具的右视图。
[0036]图10是本发明所提供的成型模具的俯视图。
[0037]图11是本发明所提供的密封模具的剖视图。
[0038]图12是本发明所提供的成型模具和密封模具安装后的A-A剖视图。
[0039]图13是本发明所提供的成型模具和密封模具安装后的B-B剖视图。
[0040]上述附图中的标号说明:100-蜗壳基体，110-加强筋，120-复合材料衬层，130-注射孔，200-成型模具，300-密封模具。
【具体实施方式】
[0041]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
[0042] 实施例1:
[0043 ]如图1、图2、图3和图4所不，本发明公开了一种设有复合材料衬层120的蜗壳结构，该蜗壳结构由蜗壳基体100和复合材料衬层120组成。蜗壳基体100采用传统的铸造、机械加工或钣金加工方法制造成，衬层由高分子复合材料组成，与蜗壳基体100之间采用高分子树脂胶粘结。蜗壳基体100带有网格状的加强筋110，对高分子材料衬层起到加强作用，防止高分子衬层变形、脱胶剥离、与蜗壳基体100产生相对滑动等破坏。高分子复合材料衬层120的厚度约2-4mm，由高分子树脂胶作为基体，添加短切碳纤维等材料制成;与钢铁材料相比，高分子树脂材料的表面粗糙度相对较低，。添加短切碳纤维，可以对高分子树脂材料进行增强，提高衬层材料的强度。衬层材料可以采用注射等方法成型，并直接与蜗壳基体100粘结。复合材料衬层120蜗壳与传统方法加工出来的蜗壳相比，可以提高蜗壳内表面的尺寸精度，保证叶轮与蜗壳间合理均匀的间隙，同时降低表面粗糙度。
[0044]实施例2:
[0045]本发明还公开了一种具有复合材料衬层120的蜗壳结构的制造方法，通过该方法制造出来的具有复合材料衬层120的蜗壳用于栗、风机和压缩机中，可以明显减少内部气体或液体流动阻力，提高栗、风机和压缩机的工作效率和可靠性，如图5所示，该方法的具体步骤如下:
[0046]步骤S1:结合图1至图4所示，根据蜗壳的形状结构要求，设计蜗壳基体100的外壳，在蜗壳的外壳与叶轮之间形成腔体的部位设计出2_4mm的间隙，该间隙用于成型复合材料衬层120;另外，同时设计厚度为l-2mm的网格状加强筋110，蜗壳的其它部位形状尺寸不变。
[0047]步骤S2:采用传统的铸造、机械加工或钣金加工等方法加工出蜗壳基体100的外壳毛坯，并对蜗壳基体100的外壳毛坯进行清洗处理，对蜗壳基体100与复合材料衬层120粘结的表面，进行酸洗处理。
[0048]步骤S3:对除蜗壳与叶轮形成腔体部位之外的外壳其它部位，包括叶轮安装部位等，按精度要求进行精密加工，并且在外壳上加工出一个或多个直径为2_5mm的复合材料注射孔130，注射孔130的形状、结构和分布情况如图6和图7所示，或进一步对蜗壳基体100与复合材料衬层120粘结的表面再涂抹硅烷偶联剂进行硅烷膜处理。
[0049]步骤S4:如图8、图9和图10所示，根据叶轮的旋转状态和叶轮与蜗壳之间腔体高精度形状尺寸要求，设计蜗壳内表面的形状尺寸和复合材料衬层120成型模具200，模具采用与叶轮完全相同的安装方式。
[0050]步骤S5:制造并精密加工出复合材料衬层120成型模具200，成型模具200的安装部位的形状尺寸精度与叶轮一致。
[0051]步骤S6:根据蜗壳基体100的外壳和衬层成型模具200的形状、结构和尺寸，并结合实际需要，设计并制造出复合材料注射用的密封模具300，如图11所示，该密封模具300用于复合材料衬层120的成型腔密封。
[0052]步骤S7:如图12和图13所示，将衬层成型模具200与复合材料接触的表面涂上脱膜剂，并安装在蜗壳基体100外壳中；同时，将用于密封的模具模块与复合材料接触的表面涂上脱模剂，并安装入蜗壳基体100外壳中，形成复合材料衬层120注射成型用的型腔。
[0053]步骤S8:以高分子树脂胶为基体，添加一定比例的短切碳纤维以及高分子树脂胶固化剂，获得液体状的复合材料。
[0054]步骤S9:将液体状的复合材料采用注射装置通过蜗壳基体100外壳的复合材料注射孔130，注入到蜗壳基体100外壳与衬层成型模具200之间形成的空腔内，并对空腔进行保压和固化，最后获得复合材料衬层120，该衬层与蜗壳基体100外壳通过高分子树脂胶紧密粘结。
[0055]步骤S10:复合材料固化完成后，将成型模具200和用于密封的模具模块拆卸下来，并对复合材料注射孔130进行封堵，最终得到具有复合材料衬层120的蜗壳。
[0056]本发明的工作过程和原理是:本发明将复合材料设置在蜗壳基体100的内腔上，利用复合材料具有强粘结性和低粗糙度的特点来降低栗、风机或压缩机在运转时的气体或液体流动阻力，可以显著提高叶轮的运行效率和可靠性;另外，通过设置网格状的加强筋110，可以增大蜗壳基体100与复合材料的粘结面积，使复合材料粘黏得更稳固，不容易产生变形、脱胶剥离、或与蜗壳基体100产生相对滑动等现象;最后将成型模具200和密封模具300安装在蜗壳基体100内，构成复合材料衬层120的成型腔，可以精确控制衬层的尺寸和形状，将液态状的复合材料通过注射孔130注入成型腔内，保压成型固化后便可以稳固地粘黏在蜗壳基体100内。本发明提供的蜗壳结构简单，设计合理，制造难度低，复合材料衬层120能够有效降低蜗壳基体100内腔的粗糙度，减少叶轮运转时的气体或液体流动阻力;通过成型获得的具有复合材料衬层120的蜗壳基体100内腔形状尺寸精度高，能精确控制叶片与蜗壳基体100之间的均匀间隙，可以明显提高栗、风机或压缩机运转的效率和可靠性。
[0057]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，包括蜗壳基体和用于减少表面粗糙度和提高蜗壳内腔形状尺寸精度的复合材料衬层;所述蜗壳基体内腔设有用于加固复合材料衬层的加强筋，所述加强筋设为网格状;所述复合材料衬层设置在加强筋的上方，与包含加强筋的蜗壳基体内腔通过高分子树脂胶固定粘结。2.根据权利要求1所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述复合材料衬层的厚度为2毫米至4毫米。3.根据权利要求1所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述加强筋的厚度为I毫米至2毫米。4.根据权利要求1所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述复合材料衬层由液体状复合材料通过注射工艺在蜗壳基体内腔成型后固化获得。5.根据权利要求4所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述蜗壳基体上还设有用于注射液状复合材料的若干个注射孔。6.根据权利要求5所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述注射孔的直径尺寸为2毫米至5毫米。7.根据权利要求4所述的具有复合材料衬层的蜗壳结构，其特征在于，所述液体状复合材料以高分子树脂胶为基体，加入短切碳纤维和高分子树脂胶固化剂制成。
【文档编号】F04D29/62GK106065876SQ201610562188
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】章争荣, 程永奇, 肖小亭, 张鹏, 廖恒斌
【申请人】广东工业大学