[实用新型]一种三维编织复合材料离心叶轮

说明书

本实用新型公开了一种三维编织复合材料离心叶轮，包括碳纤维三维立体编织结构及浸渍固化在三维立体编织结构上的树脂基体，所述三维立体编织结构包括一体化编织成型的叶轮中轴与离心叶片，通过三维编织工艺实现离心叶轮预制件的一体成型，叶轮与中轴为一体成型，中轴向叶片传递来自离心机的动力，叶片转动引起空气流动。本实用新型利用三维多向和变截面编织技术一次性完成碳纤维预制体的制备，解决纤维排布结构层间结合强度薄弱问题，减少分层损伤，具有优秀的抗腐蚀性能、较高的刚度、较好的抗气流冲击和风压效能，有效提高离心叶轮的承载性能，延长工件使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及离心叶轮技术领域，具体涉及一种三维编织复合材料离心叶轮。

背景技术

离心叶轮用于离心式压气机，是在转动过程中轴向进风、径向出风，利用离心力(取决转速及外径)做功，使空气提高压力的风轮。叶轮是压气机的核心部件，离心式压气机具有体积小、单级增压比高等特点，广泛应用于航空、船舶等领域的动力系统。为了适应各种不同使用工况，应对腐蚀、磨损等失效原因，各国在不断改进离心叶轮设计。传统离心叶轮通常选用不锈钢经五轴九联动数控机床切削制成，此类机床加工成本高，金属材料比重大、且腐蚀难以防护，故轻质高强的复合材料有极大优势。

复合材料离心叶轮具有重量轻、刚度大、可设计性强等优点，但目前碳纤维复合材料多采用层压模压等工艺，导致纤维排布结构层间结合薄弱，并且该制作工艺复杂繁琐。

鉴于上述问题，本发明采用三维编织技术与树脂真空辅助工艺相结合，实现三维编织碳纤维复合材料离心叶轮的真空快速固化成型，有效提高整体结构的稳定性，消除层间界面结合的牢度问题，减少因分层引起的损伤，满足针对不同应用场所复合材料离心叶轮结构的强度需要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种三维编织复合材料离心叶轮，采用碳纤维三维立体编织结构和树脂真空辅助固化成型，实现离心叶轮的轻量化设计，有效提高离心叶轮的承载性能，延长工件使用寿命。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型提供一种三维编织复合材料离心叶轮，包括碳纤维三维立体编织结构及浸渍固化在三维立体编织结构上的树脂基体，所述三维立体编织结构包括一体化编织成型的叶轮中轴与离心叶片。

本实用新型通过三维编织工艺实现离心叶轮预制件的一体成型，叶轮与中轴为一体成型，中轴向叶片传递来自离心机的动力，叶片转动引起空气流动。

进一步地，所述三维立体编织结构中的纤维体积含量为45-65％。

进一步地，所述三维立体编织结构采用三维多向编织技术编织成型，所述三维多向编织技术包括三维四向、三维五向、三维六向中的一种或多种编织技术。

进一步地，所述叶轮中轴采用三维多向编织技术结合加减纱工艺进行变截面一体化编织。

进一步地，所述三维立体编织结构及树脂基体采用真空辅助技术或RTM工艺复合成型。

有益效果：本实用新型提供的一种三维编织复合材料离心叶轮，相对于现有技术，具有以下优点：

(1)可根据离心叶轮的力学特性要求，进行碳纤维三维结构预制体设计，通过碳纤维纱线类型组合和纱线排布方向组合，针对性地提高变截面处特定部位的刚度和强度。

(2)利用三维多向和变截面编织技术一次性完成碳纤维预制体的制备，解决纤维排布结构层间结合强度薄弱问题，减少分层损伤，具有优秀的抗腐蚀性能、较高的刚度、较好的抗气流冲击和风压效能，有效提高离心叶轮的承载性能，延长工件使用寿命。

(3)针对三维立体编织预制体，以热固性树脂为基体，采用真空辅助工艺实现树脂胶液对纤维立体结构的快速浸渍，热固化过程在大型烘箱中进行，整个浸渍复合过程真空度在0.9MPa以上，该复合材料制品的成型效率较高。

附图说明