申请/专利权人：洛阳北玻三元流风机技术有限公司

申请日：2019-07-03

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN110307182B

主分类号：F04D29/54

分类号：F04D29/54;F04D29/02;F04D29/66;B29C70/34;B29C70/54;B29C33/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2020.07.17#著录事项变更;2019.11.01#实质审查的生效;2019.10.08#公开

摘要：一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，包括筒体以及分别安装在筒体两端的两个固定圆环，筒体由环形内壁和环形外壁连接构成，环形内壁和环形外壁均由多层碳纤维材料沿厚度方向依次贴合构成，环形内壁和环形外壁相对的边沿均与同一个固定圆环连接，环形内壁和环形外壁与固定圆环之间、以及环形内壁和环形外壁的多层碳纤维材料之间均填充有用于固化粘接成型的环氧树脂，环形内壁和环形外壁之间配合形成环状内腔，环状内腔中填充有膨胀材料。在制作风筒时，可以通过模具将风筒整体一次粘接成型，能够降低风筒重量增加风筒轻度，提升风筒的防腐蚀和防噪音性能，并简化风筒的生产过程。

主权项：1.一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，包括筒体（1）以及分别安装在筒体（1）两端的两个固定圆环（2），固定圆环（2）贴设在筒体（1）端部的圆口边沿上，筒体（1）的侧壁上开设有安装孔（4），安装孔（4）中设有过渡管（5），其特征在于：所述筒体（1）由环形内壁和环形外壁连接构成，环形内壁和环形外壁均由多层碳纤维材料（6）沿厚度方向依次贴合构成，环形内壁和环形外壁相对的边沿均与同一个固定圆环（2）连接，环形内壁和环形外壁与固定圆环（2）之间、以及环形内壁和环形外壁的多层碳纤维材料（6）之间均填充有用于固化粘接成型的环氧树脂，环形内壁和环形外壁之间配合形成环状内腔，环状内腔中填充有膨胀材料（7）；所述固定圆环（2）的内部夹设有一个碳纤维材质的加强圈（8），加强圈（8）的轴线与固定圆环（2）的轴线重合；所述环形内壁和环形外壁的内部也夹设有加强圈（8），环形内壁和环形外壁的加强圈（8）均与固定圆环（2）平行设置，加强圈（8）填充在相邻两层碳纤维材料（6）之间并通过环氧树脂固化粘接；所述环形内壁和环形外壁的内部分别夹设有多个碳纤维增强条，从而在环形内壁和环形外壁内部形成多个加强筋（9），碳纤维增强条和相邻两层碳纤维材料（6）之间均填充有环氧树脂；所述安装孔（4）朝向过渡管（5）的一侧连接有碳纤维材质的加厚模块（3），加厚模块（3）套设在过渡管（5）上，以增加过渡管（5）套设在安装孔（4）中的长度。

全文数据：一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒及其成型方法技术领域本发明涉及涵道风扇风筒领域，尤其涉及一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒及其成型方法。背景技术涵道风扇风筒是风机风扇中的主要的导风装置，常见的有帆布、人造革、塑料及橡胶等制成的柔性风筒，以及由铁皮、钢板、铝板制成的金属风筒。柔性风筒重量轻，连接与悬吊都很简单，但柔性风筒的强度较低，易产生变形，通风阻力较大，应用范围较小；金属风筒的强度通常能满足要求，通风阻力较小，在风机风扇中较为常用，但金属风筒重量较大，使风机风扇的运行载荷较大，而且耐腐蚀性差，受潮湿及酸碱环境影响大，运行时的噪音也较大，并且将金属材质制成风筒时，需要对板材进行裁切、卷曲和焊接等处理，使金属风筒的生产过程较为复杂，在生产和实际使用中存在多种不足。碳纤维复合材料，是一种以树脂为基体，碳纤维丝为增强材料；含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，并且又兼备纺织纤维的柔软可加工性又兼备纺织纤维的柔软可加工性，在国防军工和民用方面都是重要材料。近年来随着新技术的不断发展，对材料的要求日益增加，碳纤维所具有的高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数变形量小、热容量小、比重小、优秀的抗腐蚀与辐射性能等优势，而大量应用于航空航天、叶轮等结构上，但现有技术中并未将碳纤维这种优秀的新材料应用于风机风筒。发明内容为解决现有的涵道风扇风筒难以满足使用要求的问题，本发明提供了一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒及其成型方法。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，包括筒体以及分别安装在筒体两端的两个固定圆环，固定圆环贴设在筒体端部的圆口边沿上，筒体的侧壁上开设有安装孔，安装孔中设有过渡管，所述筒体由环形内壁和环形外壁连接构成，环形内壁和环形外壁均由多层碳纤维材料沿厚度方向依次贴合构成，环形内壁和环形外壁相对的边沿均与同一个固定圆环连接，环形内壁和环形外壁与固定圆环之间、以及环形内壁和环形外壁的多层碳纤维材料之间均填充有用于固化粘接成型的环氧树脂，环形内壁和环形外壁之间配合形成环状内腔，环状内腔中填充有膨胀材料。优选的，所述固定圆环的内部夹设有一个碳纤维材质的加强圈，加强圈的轴线与固定圆环的轴线重合。优选的，所述环形内壁和环形外壁的内部也夹设有加强圈，环形内壁和环形外壁的加强圈均与固定圆环平行设置，加强圈填充在相邻两层碳纤维材料之间并通过环氧树脂固化粘接。优选的，当环形内壁和环形外壁的加强圈分别为一个时，该加强圈位于环形内壁和环形外壁沿筒体轴向的中部，当环形内壁和环形外壁的加强圈为多个时，多个加强圈沿筒体轴向均匀间隔分布。优选的，所述环形内壁和环形外壁的内部分别夹设有多个碳纤维增强条，从而在环形内壁和环形外壁内部形成多个加强筋，碳纤维增强条和相邻两层碳纤维材料之间均填充有环氧树脂。优选的，环形内壁和环形外壁的多个加强筋沿风筒的周向均匀间隔设置，所有加强筋的长度方向均沿风筒的轴向设置。优选的，所述碳纤维材料采用碳纤维预浸料、碳纤维干布、碳纤维粉末、碳纤维单向丝的其中一种。优选的，所述安装孔朝向过渡管的一侧连接有碳纤维材质的加厚模块，加厚模块套设在过渡管上，以增加过渡管套设在安装孔中的长度。一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒的成型方法，预先制作模具，所述的模具中开设有与风筒外形相匹配的环状型腔，在环状型腔的内外侧壁上分别逐层铺设碳纤维材料，并在环状型腔沿其轴向的两端放置固定圆环，在各层碳纤维材料之间以及碳纤维材料与固定圆环之间填充环氧树脂，然后向内外侧相对的碳纤维材料之间填充膨胀材料，将模具加热至120-150℃并保温，使环氧树脂固化，即可得到碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒。优选的，所述的模具包括底座，底座上设有内模环板和外模环板，内模环板和外模环板配合围成环状型腔，内模环板和外模环板远离底座的一端盖设有顶模板，顶模板上竖直拧设有多个锁紧螺栓，所有锁紧螺栓均插设在底座上以限制顶模板的位移，外模环板上开设有与安装孔相匹配的通孔。根据上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，没有采用现有的柔性材质或金属材质，而是通过碳纤维材料层叠的方式构成风筒筒体的内外壁，并在筒体内部形成填充有膨胀材料的环形内腔，碳纤维材料和膨胀材料的重量都远小于常用的金属材质，使本发明的风筒重量能够大为降低，相比于常见的金属风筒能够减重85%以上，并且碳纤维材料的强度较高，在环氧树脂的固化粘接以及膨胀材料从内侧膨胀顶紧的配合作用下，使本发明的风筒强度能够达到现有的金属风筒的强度，并且本发明在固定圆环中也增加了碳纤维材质的加强圈，进一步降低风筒总重、提升风筒强度；此外本发明还能在风筒壁中继续增设加强圈并填充加强筋，使本发明的风筒强度可以赶超现有的金属风筒，能够在保证强度的前提下，降低风筒重量从而降低风机风扇的运行载荷。本发明中由于风筒壁采用了碳纤维材料，所以风筒的耐腐蚀性能得到了大幅提升，可以适用于各类潮湿及酸碱环境，而风筒壁内部填充的膨胀材料具有吸振隔音的作用，能够降低风扇运行过程中的噪音；碳纤维材料通过环氧树脂在受热时的固化作用粘接成型同时与固定圆环粘接，并且膨胀材料也会在加热的同时膨胀从内侧将风筒顶紧，所以本发明中能够通过模具将风机风筒整体一次加热固化成型，不再需要对板材进行裁切、卷曲和焊接等处理，并且风筒侧壁上的安装孔和过渡管等结构也可以采用碳纤维并与风筒本体同时进行固化成型，而不需要后期再进行机加工，与现有技术相比使风筒的生产过程大为简化，克服了现有的涵道风扇风筒在生产和实际使用中的多种不足。附图说明图1为本发明的风筒结构示意图；图2为风筒沿轴向的剖视示意图；图3为加强圈和加强筋在风筒中的结构示意图；图4为对模具剖切后的结构示意图。图中标记：1、筒体，2、固定圆环，3、加厚模块，4、安装孔，5、过渡管，6、碳纤维材料，7、膨胀材料，8、加强圈，9、加强筋，10、环状型腔，11、底座，12、内模环板，13、外模环板，14、顶模板，15、锁紧螺栓。具体实施方式参见附图，具体实施方式如下：如图1所示，一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，包括筒体1以及分别安装在筒体1两端的两个固定圆环2，固定圆环2贴设在筒体1端部的圆口边沿上，用于增加风筒的强度，筒体1的侧壁上开设有安装孔4，安装孔4中设有过渡管5，用于供风筒和风机的其余部件进行连接固定，本实施例中在安装孔4朝向过渡管5的一侧连接有碳纤维材质的加厚模块3，加厚模块3套设在过渡管5上，以增加过渡管5套设在安装孔4中的长度，避免由于风筒的壁厚较薄而导致过渡管5的安装强度不足的情况。如图2所示，筒体1由环形内壁和环形外壁连接构成，环形内壁和环形外壁均由多层碳纤维材料6沿厚度方向依次贴合构成，本实施例中，碳纤维材料6采用碳纤维预浸料、碳纤维干布、碳纤维粉末、碳纤维单向丝的其中一种，环形内壁和环形外壁相对的边沿均与同一个固定圆环2连接，环形内壁和环形外壁与固定圆环2之间、以及环形内壁和环形外壁的多层碳纤维材料6之间均填充有用于固化粘接成型的环氧树脂，环形内壁和环形外壁之间配合形成环状内腔，环状内腔中填充有膨胀材料7，该膨胀材料7采用常见的受热膨胀材料，不仅质量较轻，而且具有吸振隔音的作用。如图3所示，在固定圆环2的内部夹设有一个碳纤维材质的加强圈8，加强圈8的轴线与固定圆环2的轴线重合，在环形内壁和环形外壁的内部也夹设有加强圈8，环形内壁和环形外壁的加强圈8均与固定圆环2平行设置，加强圈8填充在相邻两层碳纤维材料6之间并通过环氧树脂固化粘接，从而提升风筒的强度，图3中环形内壁和环形外壁的加强圈8分别为一个，并且加强圈8位于环形内壁和环形外壁沿筒体1轴向的中部，而实际中根据风筒的轴向长度，也可以将环形内壁和环形外壁的加强圈8均设置为多个，并且多个加强圈8沿筒体1轴向均匀间隔分布，使受力更为合理。如图3所示，在环形内壁和环形外壁的内部还夹设有多个碳纤维增强条，从而在环形内壁和环形外壁内部形成多个加强筋9，碳纤维增强条和相邻两层碳纤维材料6之间均填充有环氧树脂，从而将碳纤维增强条牢固粘接在风筒壁内部，本实施例中多个加强筋9沿风筒的周向均匀间隔设置，且所有加强筋9的长度方向均沿风筒的轴向设置，使加强筋9对风筒强度的提升作用能够更为明显。一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒的成型方法，预先制作模具，模具中开设有与风筒外形相匹配的环状型腔10，在环状型腔10的内外侧壁上分别逐层铺设碳纤维材料6，并在环状型腔10沿其轴向的两端放置固定圆环2，在各层碳纤维材料6之间以及碳纤维材料6与固定圆环2之间填充环氧树脂，然后向内外侧相对的碳纤维材料6之间填充膨胀材料7，将模具加热至120-150℃并保温，使环氧树脂固化，并且在加热过程中膨胀材料也7会充分受热膨胀，即可得到碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒。如图4所示，本实施例所采用的模具包括底座11，底座11上垂直设有内模环板12和外模环板13，内模环板12和外模环板13配合围成环状型腔10，内模环板12和外模环板13远离底座11的一端盖设有顶模板14，顶模板14上竖直拧设有多个锁紧螺栓15，所有锁紧螺栓15均插设在底座11上以限制顶模板14的位移，本实施例中顶模板14为一块环状板，且内径小于内模环板12，而锁紧螺栓15均位于内模环板12的内侧，能够节约空间，而在生产实际中遇到模具尺寸较小空间紧凑时，也可以将顶模板14制作成外径大于外模环板13的环状结构，并将锁紧螺栓15设置在外模环板13的外侧。如图4所示，在外模环板13上开设有与安装孔4相匹配的通孔，在该通孔处可以设置与过渡管5和加厚模块3相匹配的模具，从而将过渡管5和加厚模块3与风筒整体一次加热粘接成型。

权利要求：1.一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，包括筒体（1）以及分别安装在筒体（1）两端的两个固定圆环（2），固定圆环（2）贴设在筒体（1）端部的圆口边沿上，筒体（1）的侧壁上开设有安装孔（4），安装孔（4）中设有过渡管（5），其特征在于：所述筒体（1）由环形内壁和环形外壁连接构成，环形内壁和环形外壁均由多层碳纤维材料（6）沿厚度方向依次贴合构成，环形内壁和环形外壁相对的边沿均与同一个固定圆环（2）连接，环形内壁和环形外壁与固定圆环（2）之间、以及环形内壁和环形外壁的多层碳纤维材料（6）之间均填充有用于固化粘接成型的环氧树脂，环形内壁和环形外壁之间配合形成环状内腔，环状内腔中填充有膨胀材料（7）。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：所述固定圆环（2）的内部夹设有一个碳纤维材质的加强圈（8），加强圈（8）的轴线与固定圆环（2）的轴线重合。3.根据权利要求2所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：所述环形内壁和环形外壁的内部也夹设有加强圈（8），环形内壁和环形外壁的加强圈（8）均与固定圆环（2）平行设置，加强圈（8）填充在相邻两层碳纤维材料（6）之间并通过环氧树脂固化粘接。4.根据权利要求3所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：当环形内壁和环形外壁的加强圈（8）分别为一个时，该加强圈（8）位于环形内壁和环形外壁沿筒体（1）轴向的中部，当环形内壁和环形外壁的加强圈（8）为多个时，多个加强圈（8）沿筒体（1）轴向均匀间隔分布。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：所述环形内壁和环形外壁的内部分别夹设有多个碳纤维增强条，从而在环形内壁和环形外壁内部形成多个加强筋（9），碳纤维增强条和相邻两层碳纤维材料（6）之间均填充有环氧树脂。6.根据权利要求5所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：环形内壁和环形外壁的多个加强筋（9）沿风筒的周向均匀间隔设置，所有加强筋（9）的长度方向均沿风筒的轴向设置。7.根据权利要求1所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：所述碳纤维材料（6）采用碳纤维预浸料、碳纤维干布、碳纤维粉末、碳纤维单向丝的其中一种。8.根据权利要求1所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒，其特征在于：所述安装孔（4）朝向过渡管（5）的一侧连接有碳纤维材质的加厚模块（3），加厚模块（3）套设在过渡管（5）上，以增加过渡管（5）套设在安装孔（4）中的长度。9.权利要求1所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒的成型方法，其特征在于：预先制作模具，所述的模具中开设有与风筒外形相匹配的环状型腔（10），在环状型腔（10）的内外侧壁上分别逐层铺设碳纤维材料（6），并在环状型腔（10）沿其轴向的两端放置固定圆环（2），在各层碳纤维材料（6）之间以及碳纤维材料（6）与固定圆环（2）之间填充环氧树脂，然后向内外侧相对的碳纤维材料（6）之间填充膨胀材料（7），将模具加热至120-150℃并保温，使环氧树脂固化，即可得到碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒。10.根据权利要求9所述的一种碳纤维和膨胀材料复合式涵道风扇风筒的成型方法，其特征在于：所述的模具包括底座（11），底座（11）上设有内模环板（12）和外模环板（13），内模环板（12）和外模环板（13）配合围成环状型腔（10），内模环板（12）和外模环板（13）远离底座（11）的一端盖设有顶模板（14），顶模板（14）上竖直拧设有多个锁紧螺栓（15），所有锁紧螺栓（15）均插设在底座（11）上以限制顶模板（14）的位移，外模环板（13）上开设有与安装孔（4）相匹配的通孔。

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