一种碳纤维复合材料风机叶轮及制造方法与流程

本发明涉及风机叶轮技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料风机叶轮及制造方法。

背景技术：

叶轮是风机的心脏。不同的风机所应用叶轮类型不同。一般而言，离心风机的叶轮相比轴流风机的叶轮要复杂的多，工艺上要求更高。随着我国工业化进程的推进，工业行业正大力开展节能降耗，进行产业升级和整合重组，工业基础设备需要大量更新。风机作为工业的重要配套设备，将更多地应用于电力、水泥、石油化工、煤炭、矿山和环保等领域。在新的经济发展形势下，未来风机行业将继续保持较快的增长。

根据叶轮出风口的叶片角度，可将叶轮形式分为三种：前向、径向和后向型叶片。前向型叶片的出口角度β2>90°，出口风压较高，但是效率较低，且叶片容易在叶轮间聚集杂质，易结垢。用于风量一般，但是要求比较高的区域，叶片一般较窄，常见的9-19系列、9-26系列离心风机就常用这种叶轮；径向型叶片出口角度β2＝90°，结构简单，生产成本低，参数介于前向型和后向型之间，但是效率较低，所以应用不是十分广泛，但是由于其不易结垢的特点，只有在矿井等少数场合使用；后向型叶片出口角度β2<90°，这种叶轮由于空气动力学性能优秀，风量大，压力较低，但是效率很高，国内一般的后向型叶轮的离心风机，其效率能达到80％-90％，所以应用十分广泛，而且因为其不易结垢的特点，在工业、化工业、电厂等领域应用十分广泛。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的风机叶轮制造工艺复杂，重量较大，耐腐蚀性差的缺点，而提出的一种碳纤维复合材料风机叶轮及制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种碳纤维复合材料风机叶轮，包括碳纤维上盖板、碳纤维下盖板和内嵌式碳纤维叶片，所述内嵌式碳纤维叶片的顶部设置有碳纤维上盖板，且内嵌式碳纤维叶片的底部设置有碳纤维下盖板。

优选的，所述内嵌式碳纤维叶片为后向型叶轮，且内嵌式碳纤维叶片的出口角度β2<90°。

优选的，所述碳纤维上盖板和碳纤维下盖板上均开设有嵌设槽。

优选的，所述内嵌式碳纤维叶片为渐变式的厚度结构。

优选的，所述内嵌式碳纤维叶片通过高强度结构胶与碳纤维上盖板和碳纤维下盖板胶接。

优选的，所述内嵌式碳纤维叶片分别与碳纤维上盖板和碳纤维下盖板胶合面r角处进行预浸布补强设置。

优选的，一种碳纤维复合材料风机叶轮的制造方法，包括以下步骤：

s1下盖板模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具上下模面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，按照碳纤维上盖板尺寸备好用faw200碳纤维3k斜纹预浸布，规格为26层900mm×900mm，将预浸布先在模具上下模面铺放两到三层后，即开始按规定的尺寸和厚度在模具上下模面进行铺层至总层数为26层，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min，固化结束后，将碳纤维上盖板毛坯从模具中脱出，打磨加工出叶片胶接槽；

s2下盖板模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具上下模面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，按照碳纤维下盖板尺寸备好faw200碳纤维3k斜纹预浸布，规格分别为26层900mm×900mm、26层455mm×455mm、9层275mm×275mm、4层1000mm×23mm和4层1000mm×19mm，先用900mm×900mm的预浸布在上下模面上铺放两到三层后，即开始按规定厚度在模具上下模面进行铺层至26层，再在模具上按照规定的尺寸、位置和厚度依次将预浸布铺放完，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min，固化结束后，将碳纤维下盖板毛坯从模具中脱出，打磨加工出叶片胶接槽；

s3内嵌式碳纤维叶片模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具型腔表面及分型面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，用尺寸为100mm×400mm的faw200碳纤维3k斜纹预浸布铺放两到三层后，即开始按规定的尺寸和厚度在模腔内进行铺层至总层数为29层，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温0.5h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温45min，固化结束后，将内嵌式碳纤维叶片毛坯从模具中脱出，最后打磨加工；

s4组装风机叶轮：将加工成型后的碳纤维上盖板、碳纤维下盖板和内嵌式碳纤维叶片组装成风机叶轮。

优选的，所述的碳纤维上盖板和碳纤维下盖板的固化工艺均是在温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min。

优选的，所述内嵌式碳纤维叶片的固化工艺为在温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温0.5h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温45min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的叶轮采用分体式结构，采用这种结构，可降低产品的复杂性，降低模具的加工成本，而对于产品工艺来说，分体成型便于复合材料工艺的实施和产品结构的实现,本产品的基本工艺路线是采用上下盖板和中间采用内嵌式叶片结构，单独生产上下盖板和叶片，化繁为简，简化了复合材料钢模的结构。

2、本发明的碳纤维上盖板和碳纤维下盖板成型后需在cnc上将叶片嵌入的位置加工出深度,内嵌式碳纤维叶片采用渐变式的厚度结构，边缘薄，r角较厚，内嵌式碳纤维叶片通过高强度结构胶与碳纤维上盖板和碳纤维下盖板胶接,实施起来较为简单，且三者之间的连接也更为紧密牢固。

3、本发明在内嵌式碳纤维叶片与碳纤维上盖板和碳纤维下盖板胶合面r角处进行预浸布抽真空补强后固化工艺，从而满足产品性能要求。

4、本发明产品组装好后总重量约19公斤，与金属风机叶轮相比减重1/3左右，便于叶轮转速的提高。

5、本发明提供了一种碳纤维复合材料风机叶轮的制造方法，使风机叶轮更耐腐蚀，可以有效阻抗化学腐蚀、恶劣环境、气候变化的破坏，长期的经济效益显著，由于叶轮重量显著下降，则对使用能耗显著降低，可节能降耗15％左右，同时降低产品的惯性。

附图说明

图1为本发明提出的一种碳纤维复合材料风机叶轮的结构示意图；

图2为本发明提出的一种碳纤维复合材料风机叶轮的左视图；

图3为本发明提出的一种碳纤维复合材料风机叶轮的结构正视图。

图中：1、碳纤维上盖板；2、碳纤维下盖板；3、内嵌式碳纤维叶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，本发明的实施例提供了一种碳纤维复合材料风机叶轮，包括碳纤维上盖板1碳纤维下盖板2和内嵌式碳纤维叶片3，叶轮采用分体式结构，内嵌式碳纤维叶片3为后向型叶轮，叶片出口角度β2<90°，碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2成型后需在cnc上将叶片嵌入的位置加工出深度，内嵌式碳纤维叶片3采用渐变式的厚度结构，边缘薄，r角较厚，内嵌式碳纤维叶片3通过高强度结构胶与碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2胶接，内嵌式碳纤维叶片3与碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2胶合面r角处进行预浸布补强，从而满足产品性能要求。

本实施例中，叶轮采用分体式结构，采用这种结构，可降低产品的复杂性，降低模具的加工成本，而对于产品工艺来说，分体成型便于复合材料工艺的实施和产品结构的实现，本产品的基本工艺路线是采用上下盖板和中间采用内嵌式叶片结构，单独生产上下盖板和叶片，化繁为简，简化了复合材料钢模的结构。

其中,碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2成型后需在cnc上将叶片嵌入的位置加工出深度，内嵌式碳纤维叶片3采用渐变式的厚度结构，边缘薄，r角较厚，内嵌式碳纤维叶片3通过高强度结构胶与碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2胶接。实施起来较为简单，且三者之间的连接也更为紧密牢固。

本实施例中，提供了一种碳纤维复合材料风机叶轮的制造方法，包括以下步骤：

s1下盖板模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具上下模面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，按照碳纤维上盖板1尺寸备好用faw200碳纤维3k斜纹预浸布，规格为26层900mm×900mm，将预浸布先在模具上下模面铺放两到三层后，即开始按规定的尺寸和厚度在模具上下模面进行铺层至总层数为26层，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min，固化结束后，将碳纤维上盖板1毛坯从模具中脱出，打磨加工出叶片胶接槽；

s2下盖板模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具上下模面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，按照碳纤维下盖板2尺寸备好faw200碳纤维3k斜纹预浸布，规格分别为26层900mm×900mm、26层455mm×455mm、9层275mm×275mm、4层1000mm×23mm和4层1000mm×19mm，先用900mm×900mm的预浸布在上下模面上铺放两到三层后，即开始按规定厚度在模具上下模面进行铺层至26层，再在模具上按照规定的尺寸、位置和厚度依次将预浸布铺放完，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min，固化结束后，将碳纤维下盖板2毛坯从模具中脱出，打磨加工出叶片胶接槽；

s3内嵌式碳纤维叶片3模压成型：先将模具预热到40～50℃，预热时间为15min，然后在模具型腔表面及分型面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，用尺寸为100mm×400mm的faw200碳纤维3k斜纹预浸布铺放两到三层后，即开始按规定的尺寸和厚度在模腔内进行铺层至总层数为29层，最后合模放在压机上进行加热加压固化，压机温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温0.5h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温45min，固化结束后，将内嵌式碳纤维叶片3毛坯从模具中脱出，最后打磨加工；

s4组装风机叶轮：将加工成型后的碳纤维上盖板1、碳纤维下盖板2和内嵌式碳纤维叶片3组装成风机叶轮。

进一步的，的碳纤维上盖板1和碳纤维下盖板2的固化工艺均是在温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温1h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温1h20min。

进一步的，内嵌式碳纤维叶片3的固化工艺为在温度到达80℃时逐渐加压至5gpa,温度为80℃时加压5gpa保温0.5h，升温至135℃的同时加压至13gpa，在温度为135℃时加压13gpa，并保温45min。

本实施例中，使风机叶轮更耐腐蚀，可以有效阻抗化学腐蚀、恶劣环境、气候变化的破坏，长期的经济效益显著。由于叶轮重量显著下降，则对使用能耗显著降低，可节能降耗15％左右，同时降低产品的惯性。

此外，生产出的风机叶轮的结构强度高，质量轻，耐疲劳，寿命长。便于提高叶轮转速，可以有效降低能耗，长期经济效益显著。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。