CN114000923A - 一种复合材料透平机械叶轮 - Google Patents

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田喜民
段瑞
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陈晓明
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Abstract

本发明涉及一种复合材料透平机械叶轮，属于透平机械设计制造技术领域。本发明提供了一种复合材料包括碳纤维、玻璃纤维等与金属的混合制造的叶轮结构，其主体部分即轮毂与叶片除梢部外为复合材料，包括碳纤维、玻璃纤维等，其梢部镶嵌金属包边。本发明提供的一种新的复合材料叶轮结构，在复合材料叶轮的叶片梢部镶嵌金属材料，解决了纯复合材料叶轮叶梢由于刮擦容易被破坏的问题，实现了复合材料叶轮的工程应用。

Description

一种复合材料透平机械叶轮
技术领域
本发明涉及一种复合材料透平机械叶轮，属于透平机械设计制造技术领域。
背景技术
透平机械为具有叶片的动力式流体机械，其叶轮围绕轴高速旋转运动，流体(液体或者气体)流经叶片时，产生力的相互作用从而转化能量。透平机械一般包括水泵、水轮机、汽轮机与风机等，这些机械设备运行环境恶劣，其高速旋转的叶轮必须具备高强度、抗空泡剥蚀(工作介质为液体时)与异物的冲击能力，其材质一般为金属(铜合金、合金钢及钛合金等)。随着装置轻量化要求的日益提升，新型复合材料(碳纤维、玻璃纤维等单一应用或者与金属的混合)逐渐应用于透平机械零部件。透平机械叶轮叶梢与叶轮壳间的间隙非常小，叶轮高速运转中叶梢与壳体的碰擦难以难免，金属材质的叶轮能耐叶梢刮擦，而复合材料叶轮成型于纤维编织，叶梢刮擦的剪切力会直接破坏纤维，此问题阻碍了复合材料透平机械叶轮的工程应用，成为本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决复合材料在透平机械叶轮上如何应用的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种复合材料透平机械叶轮，包括金属包边和复合材料叶片；叶轮复合材料叶片的叶梢处设有金属包边。
优选地，所述复合材料叶片的叶梢处设有用于安装金属包边的键，键与复合材料叶片设为同一材质的一体件。
优选地，所述金属包边靠近叶轮轴的一侧设有用于与复合材料叶片安装的凹槽。
优选地，所述复合材料叶片与金属包边之间设有胶膜。
优选地，所述胶膜设于复合材料叶片与金属包边的连接处。
优选地，所述金属包边采用3D打印或机械加工方法制造。
优选地，所述复合材料叶片与金属包边连接处的表面设为光滑面。
优选地，所述金属包边与复合材料叶片连接处的表面设为光滑面。
本发明提供一种复合材料透平机械叶轮的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将金属包边及其镶嵌槽加工到位；
步骤2：将复合材料叶片及其镶嵌键加工到位；
步骤3：将镶嵌配合部分打磨并洁净后，通过胶膜将金属包边和复合材料叶片联接；
步骤4：将复合材料叶片和金属包边位置固定住；
步骤5：加热加压使胶膜固化，复合材料叶片与金属包边成为一体。
优选地，所述步骤4中将复合材料叶片和金属包边位置固定住采用的方法是将叶片整体包裹再抽真空或采用辅助固定工具。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种新的复合材料叶轮结构，在复合材料叶轮的叶片梢部镶嵌金属材料，解决了纯复合材料叶轮叶梢由于刮擦容易被破坏的问题，实现了复合材料叶轮的工程应用。
附图说明
图1为本发明一种复合材料透平机械叶轮结构示意图。
A图为剖视图，B图为主视图；
附图标记：1.金属包边；2.复合材料叶片。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1所示，本发明所采取的技术方案是提供一种复合材料透平机械叶轮，包括金属包边1和复合材料叶片2；叶轮复合材料叶片2的叶梢处设有金属包边1；复合材料叶片2的叶梢处设有用于安装金属包边1的键，键与复合材料叶片2设为同一材质的一体件。金属包边1靠近叶轮轴的一侧设有用于与复合材料叶片2安装的凹槽。复合材料叶片2与金属包边1之间设有胶膜。胶膜设于复合材料叶片2与金属包边1的连接处。金属包边1采用3D打印或机械加工方法制造。复合材料叶片2与金属包边1连接处的表面设为光滑面。金属包边1与复合材料叶片2连接处的表面设为光滑面。
本发明提供一种复合材料透平机械叶轮的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将金属包边1及其镶嵌槽加工到位；
步骤2：将复合材料叶片2及其镶嵌键加工到位；
步骤3：将镶嵌配合部分打磨并洁净后，通过胶膜将金属包边1和复合材料叶片2联接；
步骤4：将复合材料叶片2和金属包边1位置固定住；
步骤5：加热加压使胶膜固化，复合材料叶片2与金属包边1成为一体。
上述步骤4中将复合材料叶片2和金属包边1位置固定住采用的方法是将叶片整体包裹再抽真空或采用辅助固定工具。
本发明提供了一种新的复合材料透平机械叶轮结构，在复合材料叶轮的梢部镶嵌金属材料，解决了纯复合材料叶轮叶梢由于刮擦容易被破坏的问题，实现了复合材料叶轮的在透平机械领域的工程应用。
采用3D打印或者机械加工的方法形成与复合材料叶片2叶梢表面相嵌合的金属包边1，金属包边1的内表面和复合材料叶片2的外表面胶接区域采用砂纸打磨粗糙，打磨后对表面进行处理去除油污水分等，将合适的胶膜贴在复合材料叶片2的配合面上，再与金属包边1贴合，将叶片整体包裹抽真空或采用辅助固定工具将复合材料叶片2和金属包边1位置固定住，加热加压使胶膜固化，复合材料叶片2与金属包边1成一体。
金属包边1为叶片叶梢的一部分，其内加工槽体，与主体的复合材料叶片2配合。复合材料叶片2为叶轮的主体部分，在梢部加工键，与金属包边1的槽体部位镶接。
本发明提供了一种复合材料(碳纤维、玻璃纤维等与金属的混合)制造的喷水推进泵叶轮结构，其主体部分(轮毂与叶片除梢部外)为复合材料(包括碳纤维、玻璃纤维等)，其梢部镶嵌金属包边。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：包括金属包边和复合材料叶片；叶轮复合材料叶片的叶梢处设有金属包边。
2.如权利要求1所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述复合材料叶片的叶梢处设有用于安装金属包边的键，键与复合材料叶片设为同一材质的一体件。
3.如权利要求2所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述金属包边靠近叶轮轴的一侧设有用于与复合材料叶片安装的凹槽。
4.如权利要求3所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述复合材料叶片与金属包边之间设有胶膜。
5.如权利要求4所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述胶膜设于复合材料叶片与金属包边的连接处。
6.如权利要求5所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述金属包边采用3D打印或机械加工方法制造。
7.如权利要求6所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述复合材料叶片与金属包边连接处的表面设为光滑面。
8.如权利要求7所述的一种复合材料透平机械叶轮，其特征在于：所述金属包边与复合材料叶片连接处的表面设为光滑面。
9.如权利要求1至8所述的一种复合材料透平机械叶轮的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将金属包边及其镶嵌槽加工到位；
步骤2：将复合材料叶片及其镶嵌键加工到位；
步骤3：将镶嵌配合部分打磨并洁净后，通过胶膜将金属包边和复合材料叶片联接；
步骤4：将复合材料叶片和金属包边位置固定住；
步骤5：加热加压使胶膜固化，复合材料叶片与金属包边成为一体。
10.如权利要求9所述的一种复合材料透平机械叶轮的制作方法，其特征在于：所述步骤4中将复合材料叶片和金属包边位置固定住采用的方法是将叶片整体包裹再抽真空或采用辅助固定工具。
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