碳纤维复合材料轴流风机叶轮成型固化装置.pdf

本发明公开了一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置。其下盖底面开有复合材料叶片固化腔体，上、下盖的相配合的一侧装有回转机构，位于回转机构的上、下盖相配合的另一侧安装有锁紧装置；位于各自复合材料叶片固化腔体中间的上盖孔内插入加压或抽真空接管；沿叶片固化腔体外的上、下盖结合面四周设有密封圈；将由上、下盖锁紧后的叶片固化腔体置入四周具有加热装置的腔体内，加热装置外设有保温层，加热装置的腔体一侧开有供叶片固化腔体进出的固化装置门。本发明釆用快速开启和快速连接密封的结构，实现对叶轮固化的快速进出的目的；可开设多个叶片固化装置腔体，实现批量生产；设有加压或抽真空接管，提高叶片的复合强度和刚度。

权利要求书
1.  一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置，其特征在于：下盖底面开有1个或者1个以上的复合材料叶片固化腔体，上盖和下盖的相配合的一侧装有回转机构，位于回转机构的上盖和下盖相配合的另一侧安装有锁紧装置；位于各自复合材料叶片固化腔体中间的上盖孔内分别插入加压或抽真空接管；沿叶片固化腔体外的上盖与下盖结合面四周设有密封圈；将由上盖和下盖锁紧后的叶片固化腔体置入四周具有加热装置的腔体内，加热装置外设有保温层，加热装置的腔体一侧开有供叶片固化腔体进出的固化装置门。

2.  根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置，其特征在于：所述复合材料叶片固化腔体的形状与叶片的形状相同，由于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1mm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1mm的直线，截面中心面长度为101.12mm，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1mm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1mm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1mm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。

3.  根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置，其特征在于：所述加热装置的腔体内，加热载体是电加热、微波加热或蒸汽加热，加热装置的腔体内还设置有温度自动控制系统。

4.  根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置，其特征在于：所述下盖的底部装有便于移动的滚轮。

5.  根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成形固化装置，其特征在于：所述锁紧装置为快开螺栓和快开螺母的组合。

说明书碳纤维复合材料轴流风机叶轮成型固化装置
技术领域
本发明涉及固化装置，尤其是涉及一种碳纤维复合材料轴流风机叶轮成型固化装置。
背景技术
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，碳纤维复合材料的固化装置是生产该类材料必不可少的设备，是决定碳纤维复合材料质量和性能的重要设备，其生产效率的高低、固化工艺的可控性与复合材料的成本等有很强的关联性。
对于不同的复合材料产品，由于其产品形状的多样性，固化工艺的不同，往往固化装置也会有所不同，也即具有较强的针对性，因此固化炉的结构就种类很多，碳纤维复合材料叶轮固化装置是一种专门进行叶轮固化的装置。
国内外对复合材料的固化装置研究较多，如苏州日邦自动化科技有限公司的鞠虎提出的201220419291.4 “一种环氧树脂固化炉”，利用轴流风机将电热丝加热，从而加热这个固化炉，达到固化温度，其主要应用面向电子行业的线路板树脂固化，及电子元器件树脂的固化。如西安航空动力股份有限公司的柳万珠等提出的201410455638.4 “一种航空发动机复合材料风扇叶片的制造方法”，虽然也是一种风扇叶片的制造方法和设备，但是制造工艺却与本发明不同，该发明采用预埋纤维，注入树脂进行固化的工艺，也有采用模具固化，效率较高。浙江贝欧复合材料制造有限公司贾锡明等提出的201510046752.6 “一种碳纤维复合材料管的成型方法”，采用预浸料纤维在辊轴上绕制而成管道，从而进行固化形成管道，其磨具及成型工具均需特质的形状。中复神鹰碳纤维有限责任公司张国良等提出的200910234311.3“一种碳纤维复合材料起毛辊的制备方法”，采用碳纤维布料缠绕到芯模上，经固化后，加工成型的一种毛辊结构。宿迁市天彩玻璃纤维有限责任公司陆一兵等提出的201410545454.7 “一种玻璃纤维板生产树脂涂覆与固化装置”，提出采用连续滚轮使玻璃纤维带在滚压过程中完成涂覆树脂、固化等过程的生产工艺，该工艺适合生产带式产品。哈尔滨工业大学谭惠丰等提出的CN201210570322.0 “树脂基碳纤维复合材料桁架杆件连接方法”碳纤维纤维丝束对桁架杆件连接部位进行缠绕，然后进行固化，这种连接方式对杆件类结构的连接是有效可行。以上技术都是针对特定复合材料产品的设计的固化装置，虽然也有碳纤维复合材料的固化功能，但是均不能应用于碳纤维复合材料叶轮的固化和批量生产，尤其对于较薄又复杂的叶轮，需要加压或真空进行辅助固化的复合材料叶轮。
发明内容
为了利用碳纤维复合材料叶轮的生产需求，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成型固化装置，该装置可以实现对叶轮固化的快速、批量、高质量的需求。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的下盖底面开有1个或者1个以上的复合材料叶片固化腔体，上盖和下盖的相配合的一侧装有回转机构，位于回转机构的上盖和下盖相配合的另一侧安装有锁紧装置；位于各自复合材料叶片固化腔体中间的上盖孔内分别插入加压或抽真空接管；沿叶片固化腔体外的上盖与下盖结合面四周设有密封圈；将由上盖和下盖锁紧后的叶片固化腔体置入四周具有加热装置的腔体内，加热装置外设有保温层，加热装置的腔体一侧开有供叶片固化腔体进出的固化装置门。
所述复合材料叶片固化腔体的形状与叶片的形状相同，由于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1mm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1mm的直线，截面中心面长度为101.12mm，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1mm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1mm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1mm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。
所述加热装置的腔体内，加热载体是电加热、微波加热或蒸汽加热，加热装置的腔体内还设置有温度自动控制系统。
所述下盖的底部装有便于移动的滚轮。
所述锁紧装置为快开螺栓和快开螺母的组合。
本发明具有的有益效果是：
1)可以实现快速成型的目的，对指定叶轮的形状通过设置统一的固化腔体，上盖和下盖采用可快速开启和快速连接密封的结构，实现对叶轮固化的快速进出的目的。
2)可根据需要在上、下盖之间可以开设多个叶片固化装置腔体，实现批量生产的目的
3)设有工艺需要的加压和抽真空接管，对不同的树脂固化进行加压、抽真空，或者加压和抽真空组合作用，排除碳纤维复合材料叶片中隐含的气泡，提高复合后叶仟的强度和刚度，从而提高复合材料叶轮高质量。
附图说明
图1是本发明的碳纤维复合材料叶轮快速成形固化装置结构示意图。
图2是图1的局部俯视图。
图3是一个复合材料叶片的结构示意图。
图4是图3叶片的侧视图。
图5是图3复合材料叶片a-a截面形状图。
图6是图3复合材料叶片b-b截面形状图。
图7是图3复合材料叶片c-c截面形状图。
图8是图3复合材料叶片d-d截面形状图。
图9是图3复合材料叶片e-e截面形状图。
图中：1、滚轮，2、保温层，3、下盖，4、密封圈，5、固化装置门，6、快开螺母，7、快开螺栓，8、拉手，9、叶片固化腔体，10、加热装置，11、加压或抽真空接管，12、上盖，13、回转机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明在下盖3底面开有1个或者1个以上的复合材料叶片固化腔体9(图2中有3个)，上盖12和下盖3的相配合的一侧装有回转机构13(图2中有2个)，使上盖12可以沿着回转机构13转动而达到打开与关闭，位于回转机构13的上盖12和下盖3相配合的另一侧安装有锁紧装置；位于各自复合材料叶片固化腔体9中间的上盖12孔内分别插入加压或抽真空接管11；沿叶片固化腔体9外的上盖12与下盖3结合面四周设有密封圈4，使叶片固化腔体可以加压或抽真空；使叶片固化腔体能加压或抽真空；将由上盖12和下盖3锁紧后的叶片固化腔体置入四周具有加热装置10的腔体内，加热装置10外设有保温层2，加热装置10的腔体一侧开有供叶片固化腔体进出的固化装置门5，上盖12上面装有拉手8。
所述加热装置10的腔体内，加热载体是电加热、微波加热或蒸汽加热，加热装置的腔体内还设置有温度自动控制系统，使腔体内温度在设定温度下工作。
所述下盖3的底部装有便于移动的滚轮1。
所述锁紧装置为快开螺栓7和快开螺母6的组合(图2中有3个)。
所述碳纤维复合材料叶轮固化腔体，是一个密闭的耐压腔体，该腔体可以承受压力或真空，当固化工艺需要加压或真空时，可以通过加压或抽真空接管施加所需的压力或者抽真空。
本发明根据强度要求设计好的碳纤维敷设角度确定的、层数确定的叶轮，置入叶片固化腔体内，将上盖、下盖合上后，拧紧快开螺母，加热到固化温度，根据树脂基体固化工艺的不同，分别可以对叶片固化腔体加压或者抽真空，到固化时间后，打开上盖，取出固化后的叶片，然后对叶片进行加工，得到所需的叶片尺寸。
所述复合材料叶片固化腔体的形状与叶片的形状相同，由于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：
如图3、图4、图5所示，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1mm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。
如图3、图4、图6所示，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1mm的直线，截面中心面长度为101.12mm，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。
如图3、图4、图7所示，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143.45mm和144.45mm，二条短边均为1mm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。
如图3、图4、图8所示，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1mm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。
如图3、图4、图9所示，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1mm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。
本发明的叶轮的叶片截面中心面平面与垂直于叶轮旋转中心轴的截面构成的夹角为5～70°
具体实施例的结构如下：
如图2所示，是一叶轮直径Φ为500mm的碳纤维复合材料叶轮上的3个叶片的固化腔体位置，如图3、图4所示，是其中一个叶片的结构形状尺寸，叶片采用8层对称复合，复合方式为（0，+45，-45，90）S，采用T300/环氧树脂复合材料，固化温度为150℃，固化时间为1小时候，空气中自然冷却。本实施例所述的加压压力为0.8MPa，当抽真空时，真空度为300Pa.
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。