CN112901553A - 离心式风机叶轮及其制备方法、离心式风机和空气处理机组 - Google Patents

离心式风机叶轮及其制备方法、离心式风机和空气处理机组 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种离心式风机叶轮，所述叶轮包括平行设置的第一端盖和第二端盖，第一端盖和第二端盖之间绕叶轮的中心轴设有多个叶片，且叶片与第一端盖和第二端盖一体成型；叶片包括纤维树脂复合材料，纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和固化在多层连续纤维层上的热固性树脂，连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。该叶轮的叶片兼具低重量、高强度、高韧性和低成本，且该叶轮的叶片与端盖一体成型，可实现叶轮轻量化的同时兼顾低成本和可靠性。本申请还提供了该叶轮的制备方法、包含该叶轮的离心式风机、空气处理机组。

Description

离心式风机叶轮及其制备方法、离心式风机和空气处理机组
技术领域
本申请涉及动力机械技术领域，具体涉及一种离心式风机叶轮及其制备方法、离心式风机和空气处理机组。
背景技术
离心式风机是除尘通风系统中的重要机械装置之一，它是依靠叶轮的转动在风机内部形成负压，将外界气体吸入并经叶轮流道排出风机，广泛应用于能源、环境、航空等各个领域。相较于轴流式风机，离心式风机的风量大、转速高，这就对叶轮中的叶片产生较大的离心力和压力，因此，对离心式风机的叶轮的力学性能提出了更高要求。
离心式风机的叶轮叶片通常是由金属材料制成(例如不锈钢或铝合金)，虽然这可提升叶轮的力学性能，但也会明显增加叶轮的重量，不利于叶片翼型的设计和风机启动电流的降低。近年来也有采用碳纤维增强聚合物基复合材料来替代金属材料以有效降低叶轮的重量，但单纯使用碳纤维的成本较高，且碳纤维的断裂韧性不强；此外，该叶轮的叶片和上下端盖通常是分体成型的，在二者的装配连接处的应力较集中，会影响叶轮的使用寿命。因此有必要开发一种新型离心式风机叶轮，在满足轻量化要求的同时，兼具低成本和高质量可靠性。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供了一种离心式风机叶轮，该叶轮的叶片兼具低重量、高强度、高韧性和低成本，且该叶轮的叶片与端盖一体成型，可实现叶轮轻量化的同时兼顾低成本和可靠性。
具体地，本申请实施例第一方面提供了一种离心式风机叶轮，所述叶轮包括平行设置的第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖之间绕所述叶轮的中心轴设有多个叶片，且所述叶片与所述第一端盖和第二端盖一体成型；所述叶片包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和分布在所述多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。
本申请实施方式中，所述碳纤维在所述叶片中的质量占比为15％-25％。合适的碳纤维质量占比，可使得叶片的重量轻、成本低，还具有高强度、高韧性等优异机械性能。
本申请一些实施方式中，所述碳纤维在所述连续纤维中的质量占比为7.5％-12.5％。
本申请实施方式中，所述热固性树脂的玻璃化转变温度大于或等于120℃。此时，叶片的耐高温性较高、不易受热软化，更好地匹配可高速运转的离心式叶轮的应用需求。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的拉伸强度大于或等于400MPa。较高的拉伸强度可以反映叶片材料的断裂抗力较大，不易拉伸断裂。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的拉伸模量为50GPa-80GPa。合适的拉伸模量可以反映该所述纤维树脂复合材料的刚性合适，不易拉伸变形，且成本不会过高。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的弯曲强度大于或等于600MPa。高的弯曲强度反映出叶片构成材料的韧性较好，使得叶片具有灵性的形状可设计性。
本申请实施方式中，所述第一端盖和第二端盖独立地包括短切纤维改性的低吸水树脂，所述短切纤维改性的低吸水树脂的饱和吸水率小于或等于0.5％。低吸水树脂经短切纤维改性后，机械强度得到提高。较低的饱和吸水率反映两端盖不易吸水变形，可保持良好的机械性能。
本申请实施方式中，所述短切纤维的长度为0.5mm-5mm。合适的短切纤维长度，可以在保证有效提升端盖机械性能的同时，还可避免因长度过长而影响端盖材料的注塑性。
本申请实施方式中，所述短切纤维在所述短切纤维改性的低吸水树脂中的质量占比为10％-50％。改性用的短切纤维控制在合适占比，可以使得端盖具有较高的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等。
本申请实施方式中，所述短切纤维改性的低吸水树脂的弯曲强度大于或等于260MPa。较高的弯曲强度反映出端盖材料的抗弯曲能力强，韧性较好。
本申请实施方式中所述短切纤维改性的低吸水树脂的简支梁冲击强度大于或等于30kJ/m2。较大的该冲击强度反映端盖材料的抗冲击能力强，不易断裂，韧性好。
本申请实施方式中，所述叶轮的直径为400mm-800mm；所述叶轮的高度为200mm-600mm。
本申请实施例第一方面提供的离心式风机叶轮，包括叶片和与其一体成型的两个端盖，可避免分体成型带来的连接处应力集中的问题，提高叶轮的使用寿命及便于调节动平衡；该叶轮的叶片包括玻璃纤维和/或玄武岩纤维与碳纤维、热固性树脂的复合材料，使得该叶片在具有较低重量及较高机械强度和良好的可塑性的同时，还具有较低的成本，从而可实现叶轮的轻量化、并兼顾低成本和可靠性，提升产品竞争力。
本申请实施例第二方面还提供了一种离心式风机，所述离心式风机包括电机由本申请实施例第一方面所述的离心式风机叶轮和用于驱动所述叶轮转动的风机，所述风机与所述第二端盖连接。
由于包含上述离心式风机叶轮，该离心式风机的整体质量较轻、成本较低，可在较高转速及较高压力下长久运行，且该离心式风机的耐用性好、使用寿命长。
本申请实施例第三方面还提供了一种空气处理机组，包括本申请实施例第二方面所述的离心式风机。
本申请实施方式中，所述空气处理机组还可以包括加热器、冷却器、加湿器、过滤器中的至少一个组件。
采用所述离心式风机后，该空气处理机组的通风换气能力强，它具有处理风量大、空气品质高、节能等优点，尤其适合机房、商场、展览馆、机场等大空间、大人流量场所。
本申请实施例第四方面还提供了一种离心式风机叶轮的制备方法，包括：
提供离心式风机用叶片，所述叶片包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和分布在多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维；
将多个叶片放置在注塑模具的特定位置，将用于制备第一端盖和第二端盖的熔融态材料注入到所述注塑模具的型腔，冷却后脱模，形成与所述叶片一体成型的第一端盖和第二端盖，得到离心式风机叶轮；所述叶轮包括平行设置的所述第一端盖和所述第二端盖，所述第一端盖和第二端盖之间绕所述叶轮的中心轴设有多个所述叶片。
本申请实施方中，所述叶片的制备方式包括模压成型、树脂传递模塑成型或注射成型。这些制备方式特别适合制得具有一定三维形状的叶片。
本申请实施例第四方面提供的离心式风机叶轮的制备方法，工艺简单、成本低廉、生产效率高，适合工业化批量制备。所得离心式风机叶轮的机械性能较优异，成本较低。
附图说明
图1为本申请实施方式提供的离心式风机叶轮的轴侧图；
图2为本申请实施方式提供的离心式风机叶轮的主视图；
图3为图1中离心式风机叶轮的叶片结构示意图；
图4为本申请实施方式提供的离心式风机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请技术方案进行说明。
请一并参见图1-图2，本申请实施例提供了一种离心式风机叶轮100，该叶轮100包括多个叶片10、第一端盖20和第二端盖30，其中，第一端盖20和第二端盖30平行设置，第一端盖20和第二端盖30之间绕叶轮100的中心轴设有多个叶片10，且叶片10与第一端盖20和第二端盖30一体成型。叶片10包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和固化在多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。其中，第一端盖20的中心轴和第二端盖30的中心轴与叶轮100的中心轴同轴，即，这三者的中心轴在同一直线上。
本申请中词语“连续纤维”，又可称为“长纤维”，是指长径比足够大(一般大于1000)、能够实现沿长度方向起不间断增强效应的纤维材料。碳纤维的强度和模量高和重量轻，玻璃纤维和/或玄武岩纤维的韧性较好，采用这两类连续纤维共同作为增强材料与热固性树脂复合，可以保证离心式风机叶轮的叶片具有较轻的质量、较高的强度，以及较好的韧性，利于叶片10的灵活设计。此外，玻璃纤维和/或玄武岩纤维与热固性树脂之间的浸润效果更好，可使得整体的连续纤维层与树脂达到较好的浸润效果，减少叶片的表面缺陷，利于提升叶片的剪切强度。
本申请中，多层连续纤维层中的连续纤维包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。每层连续纤维层可以是单纯的玻璃纤维、单纯的玄武岩纤维、单纯的碳纤维或者由玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种与碳纤维排布而成(优选为交替排布)的复合纤维。在本申请一些实施方式中，所述多层连续纤维层通过玻璃纤维层和玄武岩纤维层中的至少一种与碳纤维层层层堆叠而成。在本申请另一些实施方式中，所述多层连续纤维层中的一层连续纤维层中，玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种与碳纤维排布而成，优选为交叉排布。此时，所述多层连续纤维层可以通过同时含玻璃纤维和/或玄武岩纤维与碳纤维的一层连续纤维层层层堆叠而成。例如，将碳纤维记作A、将玻璃纤维记作B、将玄武岩纤维记作C，则一层连续纤维层的排布形式可以为A-B(C)-A-B(C)…，AAA-B(C)B(C)B(C)-AAA…等。具体地，可以举例A-B-A-B…，A-C-A-C…，A-B-A-C-A-B-A-C-…，A-B-A-C-B-C-A-B-…，A-A-A-B-B-B-C-C-C…，AABACCBBCABAC…等。
本申请实施方式中，所述碳纤维在所述纤维树脂复合材料中的质量占比为15％-25％。这样可使得叶片10的重量轻、成本低，还具有高强度、高韧性等优异机械性能。具体地，所述碳纤维在所述纤维树脂复合材料中的质量占比为15％、16％、18％、20％、22％、23％或24％。
本申请一些实施方式中，碳纤维在连续纤维中的质量占比为7.5％-12.5％。具体地，可以是7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％或12.5％等。碳纤维在连续纤维中的质量占比在合适范围，可使得叶片的强度高、韧性好、重量轻、成本低。
本申请实施方式中，所述热固性树脂的玻璃化转变温度大于或等于120℃。玻璃化转变温度较高的热固性树脂可以使叶片10的耐高温性较高、刚性较大，叶片不易受热软化，更好地匹配可高速运转的离心式叶轮的应用需求。具体地，所述热固性树脂可以包括环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂和聚氨酯树脂的一种或多种，但不限于此。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的拉伸强度大于或等于400MPa。拉伸强度也称“抗拉强度(tensile strength)”，它可表征材料最大均匀塑性变形的抗力，具体指试样在拉伸试验中直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。较高的拉伸强度可以反映叶片材料的断裂抗力较大，不易拉伸断裂。在一些实施例中，所述纤维树脂复合材料的拉伸强度为400MPa-1000MPa。例如可以为600MPa、700MPa、750MPa、800MPa、850MPa或900MPa。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的拉伸模量为50GPa-80GPa。拉伸模量是指材料在拉伸时的弹性，其值为将材料沿中心轴方向拉长单位长度所需要的力与其横截面积的比。合适的拉伸模量可以反映该所述纤维树脂复合材料的刚性合适，不易拉伸变形；此外，过高的拉伸模量可能会使得碳纤维在叶片中的质量占比大大增加，明显增大叶片成本。在一些实施例中，所述纤维树脂复合材料的拉伸模量为60GPa-75GPa。例如可以为65GPa、68GPa、70GPa或72GPa。
本申请实施方式中，所述纤维树脂复合材料的弯曲强度大于或等于600MPa。弯曲强度可表征材料的抗弯曲能量，它是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力，此应力为弯曲时的最大正应力。较高的弯曲强度反映出叶片构成材料的韧性较好，使得叶片具有灵性的形状可设计性。在一些实施例中，所述纤维树脂复合材料的弯曲强度大于或等于700MPa，甚至大于或等于800MPa，例如可以为810MPa、820MPa、840MPa、860MPa、880MPa或900MPa。
本申请一些实施方式中，叶片10可以由所述纤维树脂复合材料制成，此时，上述纤维树脂复合材料的拉伸强度、弯曲强度等性能即为叶片10的性能。所述纤维树脂复合材料通过连续纤维与热固性树脂的复合物成型得到。具体的成型方式可以是模压成型、树脂传递模塑成型或注射成型等。在一些实施例中，该复合物可以是连续纤维层与热固性树脂的浸渍复合物，其可由热固性树脂与连续纤维的预浸料堆叠而成，或者可由热固性树脂注入连续纤维的堆层结构中得到等。
本申请中，叶片10形状的可设计性高，不仅可以为梯形、直板状、扇形等常见规则形状，还可以设计为复杂的三维形状等，本申请对此不作限定。本申请一些实施方式中，请一并参阅图1、图2及图3，叶片10沿长度方向分为前沿部101(是叶片靠近叶轮中心轴的边缘)和后沿部102(是叶片远离叶轮中心轴的边缘)，其中前沿部101和后沿部102均为弧状，但前沿部101的厚度可以大于后沿部102的厚度。此时的叶片是立体曲面，有助于提升叶片10的气动效率，并仍可保持前述优异机械性能。
本申请中，多个叶片10沿叶轮100的周向间隔地设置在叶轮100内。本申请实施方式中，叶轮100的叶片10的数量可以为5-9片。具体地，叶片10的数目可以为5、6、7、8或9等。在一些实施方式中，叶片的数目为奇数5、7或9，此时叶轮的最大转速较高、风量大、噪音小，加工方便性高。
本申请中，第二端盖30可以用于后续连接用于驱动叶轮100转动的电机。例如，可将电机可嵌套在第二端盖30的中心轴处，电机在第二端盖30上的投影落入各叶片10在第二端盖30上的投影内。图1中的虚线箭头示出了电机在叶轮100内的安装位置。一般地，可将第二端盖30称为“下端盖”，可将第一端盖20称为“上端盖”。第一端盖20和第二端盖30的具体形状不限，两端盖的形状可以相同或者不同。
本申请实施方式中，第一端盖20和第二端盖30的材料包括短切纤维改性的低吸水树脂。低吸水树脂经短切纤维改性后，机械强度得到提高。本申请实施方式中，所述短切纤维改性的低吸水树脂的饱和吸水率可以小于或等于0.5％。较低的饱和吸水率反映两个端盖不易吸水变形，可在潮湿环境下使用并保持良好的机械性能。具体地，该饱和吸收率可以≤0.4％。例如，可以是0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％或0.01％等。
其中，各端盖的材料可以通过短切纤维和低吸水树脂熔融、造粒后得到。低吸水树脂可以包括PA6T(聚对苯二甲酰己二胺)、PA9T(聚酰胺9T)、PA12(尼龙12)、PPS(聚苯硫醚)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PPE(聚苯醚)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PEI(聚醚酰亚胺)、POM(聚甲醛树脂)、PSU(聚砜)、PEEK(聚醚醚酮)等中的一种或多种，但不限于此。短切纤维包括玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、芳纶纤维等中的一种或多种，但不限于此。
本申请实施方式中，所述短切纤维的长度可以为0.5mm-5mm。合适的短切纤维长度，可以在保证有效提升端盖机械性能的同时，还可避免因长度过长而影响端盖材料的注塑性。在一些实施例中，短切纤维的长度可以为0.8mm-3mm、1mm-5mm或1.2mm-4.5mm。
本申请实施方式中，所述短切纤维在所述短切纤维改性的低吸水树脂的质量占比为10％-50％。改性用的短切纤维控制在合适质量占比，可以使得两端盖具有较高的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等。具体地，短切纤维在所述短切纤维改性的低吸水树脂中的质量占比可以为15％、20％、25％、30％、40％或45％。
本申请实施方式中，所述短切纤维改性的低吸水树脂的弯曲强度可以大于或等于260MPa。例如，可以为280MPa、300MPa、320MPa、330MPa、340MPa、350MPa或360MPa。较高的弯曲强度反映出端盖构成材料的抗弯曲能力强，韧性较好。
本申请实施方式中，所述短切纤维改性的低吸水树脂的简支梁冲击强度(无缺口)大于或等于30kJ/m2。较大的该冲击强度反映端盖材料的抗冲击能力强，不易断裂，韧性好。
本申请实施方式中，所述短切纤维改性的低吸水树脂的邵氏硬度≥100HD。这表明端盖材料的硬度较大，塑性变形抗力越高。在一些实施方式中，该邵氏硬度≥110HD、≥115HD、邵氏硬度≥120HD，甚至≥130HD。
本申请一些实施方式中，叶轮100的直径可以为400mm-800mm。其中，叶轮100的直径是指第一端盖20和第二端盖30中的最大外径。具体地，叶轮100的直径可以为450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm或800mm。
本申请一些实施方式中，叶轮100的高度可以为200mm-600mm。其中，叶轮100的高度是指第一端盖20和第二端盖30之间的最大距离。具体地，叶轮100的高度可以为240mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm或600mm。
本申请实施例第一方面提供的离心式风机叶轮，两个端盖与多个叶片是一体成型的，这样可避免分体成型带来的连接处因应力集中而易断裂的问题，提高叶轮的使用寿命及便于调节动平衡；该叶轮的叶片包括玻璃纤维和/或玄武岩纤维与碳纤维、热固性树脂的复合材料，这使得该叶片在具有较低重量及较高机械强度和良好的叶片可塑性的同时，还具有较低的成本，从而可实现叶轮的轻量化、并兼顾低成本和可靠性，提升产品竞争力。
本申请实施例还提供了一种离心式风机，包括电机及本申请实施上述的离心式风机叶轮。参见图4，该离心式风机200包括电机40和前述叶轮100，电机40与叶轮100的第二端盖30连接，具体可以是设置在第二端盖30的中心轴上。
本申请实施方式中，离心式风机200的转速可以大于或等于1200rpm，最高工作静压可在600Pa-1400Pa的范围内。此时，离心式风机200的风量较大，效率较高，可在70％-80％范围内。
由于包含上述离心式风机叶轮，所述离心式风机的整体质量较轻、成本较低、叶片形状多样化，可在较高转速及较高压力下长久运行，且该离心式风机的耐用性好、使用寿命长。此外，由于叶轮的叶片与端盖是一体成型，使得该离心式风机在超速试验中不易发生断裂。因此，该离心式风机能在化工排污、气味控制、工业制冷等领域中得到广泛应用。例如，可以用于化工气体的加压输送，污水处理的鼓风曝气，电厂及炼油厂的脱硫鼓风，焦炉煤气的加压输送、空调系统等。
具体地，本申请一实施例提供了一种空气处理机组(Air handling unit，AHU)，包括本申请实施例的上述离心式风机。此外，根据全年空气调节的要求，该空气处理机组还可以包括加热器、冷却器、加湿器、过滤器等中的至少一个组件。干净的空气经离心式风机送到冷却器或加热器进行冷却或加热，以达到所需温度，然后送入所需场所。此外，根据全年空气调节的要求，该机组还配置与冷热源相连接的自动调节系统。
由于空气处理机组主要针对室内循环风的状态进行处理，且采用上述离心式风机后，处理风量大、空气品质高，特别适合于机房、商场、展览馆、机场等大空间、大人流量场所的通风换气。
相应地，本申请实施例还提供了上述离心式风机叶轮的一种制备方法，包括：
S01、提供离心式风机用叶片，所述叶片包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和分布在多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维；
S02、将多个叶片放置在注塑模具的特定位置，将用于制备第一端盖和第二端盖的熔融态材料注入到所述注塑模具的型腔，冷却后脱模，形成与所述叶片一体成型的第一端盖和第二端盖，得到离心式风机叶轮；所述叶轮包括平行设置的所述第一端盖和所述第二端盖，所述第一端盖和第二端盖之间绕所述叶轮的中心轴设有多个所述叶片。
本申请一些实施方式中，步骤S01中，所述叶片可采用纤维树脂复合材料制得。例如，将连续纤维和热固性树脂的复合物制成所述纤维树脂复合材料，即，得到所述叶片。纤维树脂复合材料或叶片的制备方式可以包括模压成型、树脂传递模塑成型(即，RTM成型)或注射成型等，但不限于此。这些制备方式特别适合制得具有一定三维形状的叶片。其中，模压成型一般可以直接对热固性树脂和连续纤维的预浸料铺层后进行固化成型，而RTM成型一般不用预浸料，一般是利用压力将液态热固性树脂注入模腔内铺设的连续纤维层，其是随着树脂注塑发生树脂对连续纤维的浸渍，之后再固化成型。词语“预浸料”是指提前将连续纤维与热固性树脂通过长时间的浸渍后得到的复合物。模压成型、RTM成型方式是本领域较常用的成型方式。其中，模压成型的成型效果较好、孔隙少；RTM成型的成型效率高且更环保。固化成型的温度可以为100-200℃，例如可以为120-180℃或140-180℃等。
具体地，模压成型可以直接将热固性树脂和连续纤维的预浸料在叶片模具中铺层，合模后再加热加压固化，最后脱模。对于预浸料，可以为单向布、平纹布或斜纹布，例如可以为单向布。所述预浸料的铺层是指将预浸料层层堆叠在模具内，即，在第一层预浸料上铺设第二层预浸料，以此类推…。相邻的两层预浸料中纤维所呈的角度为0°-90°，例如可以为45°-90°、或60°-90°或者为90°(即，相邻两层预浸料按照0°/90°的方式排列)。每层的预浸料可以是玻璃纤维预浸料(即，玻璃纤维+热固性树脂)、玄武岩纤维预浸料、碳纤维预浸料或以上三者中至少两种的拼接布，但预浸料的整体堆叠结构中需含有玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。为降低原料的制备难度，每层预浸料可以是玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料或碳纤维预浸料。此外，为提升最终所得叶片的机械性能，相邻层的预浸料最好不同。
而RTM成型是将连续纤维在叶片模具的模腔内铺层以形成连续纤维层，合模后利用压力将液态树脂注入模腔以浸润连续纤维层，之后再加热固化、脱模。类似地，第一连续纤维层和第二纤维层之间的纤维所成角度为0°-90°，优选为45°-90°，进一步优选为60°-90°，更优选为90°。每层连续纤维可以是单纯的玻璃纤维、单纯的玄武岩纤维、单纯的碳纤维或者由玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种与碳纤维排布而成(优选为交替排布)。
本申请一些实施方式中，通过RTM成型方式得到所述叶片具体包括：将连续纤维铺设在叶片模具的模腔内，形成连续纤维层，并在所述连续纤维层上铺设剥离层；将热固性树脂注入剥离层中，用密封袋密封模具并抽真空，在真空压力下，使树脂从各个方向浸渍到连续纤维层，保压成型后，将剥离层脱离，将所得叶片毛坯从模具中脱出。其中，剥离层可以方便撤除相关抽真空辅助材料，不会粘结在制品上，使制得的叶片表面光滑。
对于上述预浸料或连续纤维的叠加层数、铺设方式，本申请并无特别的限制，可以按照材料设计强度要求确定。在一些实施例中，在叶片模具中铺设预浸料或连续纤维层之前，还包括对叶片模具的模腔表面及分型面上涂覆脱模剂，以便后续顺利脱模。类似地，步骤S02中在制备第一端盖及第二端盖时，在将叶片放置在注塑模具中之前，也可以在注塑模具的型腔表面及分型面上涂覆脱模剂。
步骤S01中，可以对从成型后的叶片毛坯进行打磨加工，再置于注塑模具中。对叶片毛坯进行打磨加工，可以去除毛刺、修边，使其实际形状与预设计形状的契合度更高。类似地，步骤S02中，也可以将成型后的离心式风机进行打磨加工。
步骤S02中，多个叶片是间隔插入在注塑模具的特定位置，呈周向排列，然后在周向设置的多个叶片的两端分别注入制备第一端盖的熔融态材料及制备第二端盖的熔融态材料，这样可在冷却后得到与叶片一体成型的第一端盖和第二端盖。这里，第一端盖与第二端盖的成型方式为注塑成型。由于叶轮的叶片与两端盖是一体成型，可以避免像分体成型时需要采用锚定销或通过胶结方式来固定连接叶片和两端盖，进而避免了二者的连接处易发生断裂的现象。
本申请实施例提供的上述离心式风机叶轮的制备方法，工艺简单、成本低廉、制备效率高，适合工业化批量制备。所得离心式风机叶轮的机械性能较优异，成本较低。
下面分多个具体实施例对本申请实施例进行进一步的说明。其中，本申请实施例不限定于以下的具体实施例。
实施例1
一种离心式风机叶轮，其结构示意图如图1所示，该离心式风机叶轮的制备方法，包括：
(1)叶片的模压成型：在叶片模具的模腔表面及分型面上涂覆脱模剂，之后将环氧树脂浸渍的碳纤维预浸料与环氧树脂浸渍的玻璃纤维预浸料按预定方式进行铺层，合模后进行加热加压固化，固化时的温度为140-180℃，压力为100-200T，固化时间为10-40min；待固化结束后，从模具中脱出得到的内嵌式连续纤维叶片毛坯，并打磨加工；其中，所得叶片包括25wt％的碳纤维、25wt％的玻璃纤维和50wt％的环氧树脂；
(2)上下端盖的注塑成型：将上述打磨完成的多个叶片间隔地插入在注塑模具的特定位置，并呈周向排列，其中，注塑模具的型腔表面及分型面上涂覆有脱模剂，然后将熔融状的端盖用材料(短切玻璃纤维改性的PA6T，饱和吸水率为0.4％，短切玻璃纤维的长度为0.5mm-5mm，其质量占比为30％)浇铸到模具中，使其充满注塑模具的型腔，在250-280℃的温度下于50-100T的压力下保压固化1-2min；之后对注塑部位进行冷却降温，在周向设置的多个叶片的两端分别形成与叶片一体成型的上端盖、下端盖，将成型后的离心式风机叶轮从模具中脱出，并进行打磨加工。
后续在图1所示叶轮的基础上，在下端盖处装配电机，得到离心式风机。
实施例2
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料包括20wt％的碳纤维、30wt％的玻璃纤维和50wt％的酚醛树脂；两端盖的构成材料包括短切玻璃纤维改性的PA6T，饱和吸水率为0.3％，短切玻璃纤维的长度为0.5mm-5mm，其质量占比为45％。
根据实施例1提供的叶轮制备方法，将实施例2的叶片材料、端盖材料制备得到叶片、端盖，最终得到一体成型的叶轮。
实施例3
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料包括15wt％的碳纤维、35wt％的玄武岩纤维和50wt％的双马来酸亚胺树脂；两端盖的构成材料包括短切碳纤维改性的PA6T，饱和吸水率为0.4％，短切碳纤维的长度为0.5mm-5mm，其质量占比为20％。
根据实施例1提供的叶轮制备方法，将实施例3的叶片材料、端盖材料制备得到叶片、端盖，最终得到一体成型的叶轮。
实施例4
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料同实施例1；两端盖的构成材料包括短切碳纤维改性的PA6T，饱和吸水率为0.3％，短切碳纤维的质量占比为40％。
实施例5
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料同实施例1；两端盖的构成材料包括短切玻璃纤维改性的PPS，饱和吸水率为0.02％，短切碳纤维的质量占比为30％。
实施例6
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料同实施例1；两端盖的构成材料包括短切玻璃纤维改性的PPS，饱和吸水率为0.01％，短切碳纤维的质量占比为50％。
实施例7
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料同实施例1；两端盖的构成材料包括短切碳纤维改性的PPS，饱和吸水率为0.03％，短切碳纤维的质量占比为20％。
实施例8
一种离心式风机叶轮，包括两端盖和与其一体成型的多个叶片，其中，叶片构成材料同实施例1；两端盖的构成材料包括短切碳纤维改性的PPS，饱和吸水率为0.02％，短切碳纤维的质量占比为40％。
为对本申请实施例的技术方案带来的有益效果进行有力支持，特提供以下性能测试结果：表1汇总了本申请实施例叶片材料的机械性能数据，表2汇总了本申请实施例端盖材料的性能数据。
表1本申请实施例叶轮的叶片材料的机械性能汇总
Figure BDA0002924386710000091
表2本申请实施例叶轮的端盖材料的性能汇总
Figure BDA0002924386710000092
Figure BDA0002924386710000101
表1及表2中，在没有特别说明的情况下，“简支梁冲击强度”是指针对无缺口简支梁试样测得的“简支梁无缺口冲击强度”。
从表1及表2可以获知，本发明实施例提供的离心式风机叶轮中，叶片、端盖均具有良好的拉伸性能、弯曲性能及良好的耐冲击性，尤其是叶片的韧性也较高，具有灵活的形状设计性，特别适用于在高速、高压下运转的离心式风机。将上述提供的各离心式风机叶轮装配成风机，风机的转速可达到1200rpm以上，最高工作静压可在600Pa-1400Pa的范围内。

Claims (20)

1.一种离心式风机叶轮，其特征在于，所述叶轮包括平行设置的第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖之间绕所述叶轮的中心轴设有多个叶片，且所述叶片与所述第一端盖和第二端盖一体成型；所述叶片包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和分布在所述多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维层包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维。
2.如权利要求1所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述碳纤维在所述纤维树脂复合材料中的质量占比为15％-25％。
3.如权利要求1或2所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述碳纤维在所述连续纤维中的质量占比为7.5％-12.5％。
4.如权利要求1所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述热固性树脂的玻璃化转变温度大于或等于120℃。
5.如权利要求1-4任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述纤维树脂复合材料的拉伸强度大于或等于400MPa。
6.如权利要求1-5任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述纤维树脂复合材料的拉伸模量为50GPa-80GPa。
7.如权利要求1-6任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述纤维树脂复合材料的弯曲强度大于或等于600MPa。
8.如权利要求1-7任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述叶片包括前沿部和后沿部，所述前沿部靠近所述叶轮的中心轴，其中，所述前沿部和所述后沿部均为弧状，且所述前沿部的厚度大于所述后沿部的厚度。
9.如权利要求1-8任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述第一端盖和第二端盖独立地包括短切纤维改性的低吸水树脂，所述短切纤维改性的低吸水树脂的饱和吸水率小于或等于0.5％。
10.如权利要求9所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述短切纤维的长度为0.5mm-5mm。
11.如权利要求9所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述短切纤维在所述短切纤维改性的低吸水树脂中的质量占比为10％-50％。
12.如权利要求9-11任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述短切纤维改性的低吸水树脂的弯曲强度大于或等于260MPa。
13.如权利要求9-12任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述短切纤维改性的低吸水树脂的简支梁冲击强度大于或等于30kJ/m2。
14.如权利要求1-13任一项所述的离心式风机叶轮，其特征在于，所述叶轮的直径为400mm-800mm；所述叶轮的高度为200mm-600mm。
15.一种离心式风机，包括电机及如权利要求1-14任一项所述的离心式风机叶轮，所述电机与所述第二端盖相连接。
16.如权利要求15所述的离心式风机，其特征在于，所述离心式风机的转速大于或等于1200rpm，最高工作静压为600Pa-1400Pa。
17.一种空气处理机组，其特征在于，包括权利要求15-16任一项所述的离心式风机。
18.如权利要求17所述的空气处理机组，其特征在于，所述空气处理机组还可以包括加热器、冷却器、加湿器、过滤器中的至少一个组件。
19.一种离心式风机叶轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
提供离心式风机用叶片，所述叶片包括纤维树脂复合材料，所述纤维树脂复合材料包括多层连续纤维层和分布在多层连续纤维层上的热固性树脂，所述连续纤维包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种及碳纤维；
将多个所述叶片放置在注塑模具的特定位置，将用于制备第一端盖和第二端盖的熔融态材料注入到所述注塑模具的型腔，冷却后脱模，形成与所述叶片一体成型的第一端盖和第二端盖，得到离心式风机叶轮；所述叶轮包括平行设置的所述第一端盖和所述第二端盖，所述第一端盖和第二端盖之间绕所述叶轮的中心轴设有多个所述叶片。
20.如权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述叶片的制备方式包括模压成型、树脂传递模塑成型或注射成型。
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