一種具有復合材料襯層的蝸殼結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有復合材料襯層的蝸殼結構，包括蝸殼基體和用于減少表面粗糙度的復合材料襯層；所述蝸殼基體內腔設有用于加固復合材料襯層的加強筋，所述加強筋設為網格狀；所述復合材料襯層設置在蝸殼基體內壁的上方，與含有加強筋的內壁固定連接。本發明提供的蝸殼結構簡單，設計合理，制造難度低，復合材料襯層能夠有效降低蝸殼基體內腔的粗糙度，減少葉輪運轉時的流體流動空氣阻力；通過成型獲得的具有復合材料襯層的蝸殼內腔形狀尺寸精度高，能精確控制葉片與蝸殼之間的均勻間隙，可以明顯提高泵、風機或壓縮機運轉的效率和可靠性。
【專利說明】
一種具有復合材料襯層的蝸殼結構
技術領域
[0001]本發明涉及蝸殼制造領域，尤其涉及一種具有復合材料襯層的蝸殼結構。
【背景技術】
[0002]栗、風機和壓縮機是提高氣體或液體壓力、輸送氣體或液體的典型流體機械。栗的栗殼和風機與壓縮機的機殼(統稱蝸殼)以及葉輪是栗、風機和壓縮機的關鍵零件，蝸殼是基體，葉輪安裝在蝸殼內。葉輪與蝸殼之間形成的腔體在氣體或液體入口吸入氣體或液體，隨著葉輪的旋轉，腔體發生位置和體積變化，將氣體或液體提升壓力并轉移至氣體或液體出口，實現氣體或液體的輸送。
[0003]葉輪與蝸殼之間腔體的精確尺寸對栗、風機和壓縮機的性能、效率和運行可靠性有著重要的影響。目前蝸殼主要采用鑄造、機械加工或鈑金加工等方法制造，存在形狀尺寸精度低、表面粗糙等缺點，導致葉輪與蝸殼之間間隙大、間隙不均勻，葉輪與蝸殼之間腔體的尺寸難以精確控制；在栗、風機和壓縮機運行時，容易產生氣體或液體的回流等現象，降低栗、風機和壓縮機的效率，對壓力和流量也存在影響。同時蝸殼內表面粗糙，氣體或液體高速流動時，因摩擦導致的阻力顯著增大，需要消耗驅動電機功率，進一步降低栗、風機和壓縮機的效率。同時，摩擦產生的熱量將使栗、風機和壓縮機的溫度升高，影響栗、風機和壓縮機的可靠性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有復合材料襯層的高精度蝸殼結構。
[0005]本發明的目的通過下述技術方案實現:
[0006]—種具有復合材料襯層的蝸殼結構，主要包括蝸殼基體、以及用于減少表面粗糙度和提高蝸殼形狀尺寸精度的復合材料襯層。所述蝸殼基體內腔上設有用于加固復合材料襯層的加強筋，為了獲得更好的粘結和固定效果，所述加強筋設為網格狀。所述復合材料襯層設置在蝸殼基體內表面及加強筋的上方，與蝸殼基體內表面及加強筋通過高分子樹脂膠固定連接。該復合材料襯層可以降低蝸殼內表面的粗糙度，提高蝸殼內表面的形狀尺寸精度，從而減小葉輪與蝸殼之間間隙、保證間隙的均勻、確保葉輪與蝸殼之間腔體尺寸的精確控制，以提高栗、風機和壓縮機的效率，提升栗、風機和壓縮機的輸出壓力，同時可以降低運轉時蝸殼內表面的摩擦，提高蝸殼工作的可靠性和工作效率。
[0007]作為本發明的優選方案，所述復合材料襯層的厚度為2毫米至4毫米之間，使蝸殼基體在不改變蝸殼外形尺寸的前提下，既能保證蝸殼的有足夠強度，又能方便復合材料襯層的制造，還能保持復合材料襯層強度及其與蝸殼基體的粘結強度。
[0008]作為本發明的優選方案，所述加強筋的厚度設為I毫米至2毫米之間，既能保證復合材料襯層與蝸殼基體間獲得良好的粘結和固定效果，又能減小對復合材料襯層的整體強度的影響。
[0009]作為本發明的優選方案，所述復合材料襯層由液狀復合材料通過注射工藝在蝸殼基體內腔成型后固化得到，既有利于復合材料襯層的成型及與蝸殼基體的直接粘結，又能保證蝸殼內表面形狀尺寸精度以及與葉片間的合理均勻的間隙。
[0010]進一步的，所述蝸殼基體上還設有用于注射液狀復合材料的若干注射孔，所述注射孔可以設置在加強筋上，或者設置在其它位置上。
[0011]優選的，所述注射孔的直徑尺寸為2毫米至5毫米，一方面有助于既由于液態復合材料的注射成型，另一方面便于成型后注射孔的封堵。
[0012]作為本發明的優選方案，所述液狀復合材料以高分子樹脂膠為基體，加入短切碳纖維和高分子樹脂膠固化劑制成。添加短切碳纖維可以對復合材料進行增強，提高襯層的強度;添加的高分子樹脂膠固化劑可以促進高分子復合材料的固化成型。
[0013]—種具有復合材料襯層的蝸殼結構，具體包括如下步驟:
[0014]步驟S1:設計時，在蝸殼基體的內腔留出空隙用于成型復合材料襯層，在留出的空隙上先設有網格狀的加強筋，該加強筋用于加強固定復合材料襯層，防止襯層變形、脫膠剝離、或與蝸殼基體產生相對滑動而破壞等。作為本發明的優選方案，留出的空隙厚度為2毫米至4毫米之間；加強筋的厚度為I毫米至2毫米之間。
[0015]步驟S2:制造蝸殼基體，采用鑄造工藝、機加工或鈑金加工工藝制造出蝸殼的基體;然后對該基體的毛坯進行清洗處理，并按照蝸殼和葉輪安裝的精度要求對除成型復合材料襯層區域外的蝸殼基體其它部位，包括葉輪安裝部位，進行精密加工，除復合材料襯層與蝸殼基體粘結面外的其它部位形狀尺寸精度與蝸殼一致。
[0016]步驟S3:在蝸殼基體上開設用于注入復合材料的注射孔;注射孔的數量為一個或多個，注射孔的直徑為2毫米至5毫米。
[0017]步驟S4:根據蝸殼內表面的形狀和復合材料襯層的厚度要求，設計用于復合材料襯層成型的成型模具，并安裝在蝸殼基體上，成型模具的安裝方法與葉輪的安裝方式一致。成型模具與蝸殼基體之間形成用于注射復合材料的成型腔。進一步的，根據實際需要，該步驟中還包括設計并制造用于注射時將液態復合材料密封的模具，該密封模具與成型模具、蝸殼基體一起構成用于注射成型的復合材料成型腔，可以更好地將成型腔密封，避免液態復合材料在注入時從其它地方溢出。更進一步的，為了方便成型模具和密封模具脫模，所述成型模具和密封模具的成型腔內壁上都均勻涂有脫模劑。更進一步的，為提高復合材料襯層與蝸殼基體間的粘結強度，對蝸殼基體與復合材料襯層粘結的表面，進行酸洗處理，或再涂抹硅烷偶聯劑進行硅烷膜處理。
[0018]步驟S5:以液體高分子樹脂膠為基體，加入一定比例的短切碳纖維和高分子樹脂膠固化劑后獲得液體狀復合材料;其中，添加短切碳纖維可以對復合材料進行增強，提高襯層的強度;其中，添加固化劑促進高分子復合材料的固化成型。
[0019]步驟S6:通過注射孔將液體狀復合材料注入成型腔，并進行保壓固化，形成復合材料襯層;該復合材料襯層與蝸殼基體包含加強筋的內腔緊密粘結。
[0020]步驟S7:將成型模具拆卸出來，并封堵蝸殼基體上的注射孔，最終得到具有復合材料襯層的蝸殼。
[0021]本發明的工作過程和原理是:本發明將復合材料設置在蝸殼基體的內腔上，利用復合材料具有強粘結性和低粗糙度的特點來降低栗、風機或壓縮機在運轉時的氣體或液體流動阻力，可以顯著提高葉輪的運行效率和可靠性；另外，通過設置網格狀的加強筋，可以增大蝸殼基體與復合材料的粘結面積，使復合材料粘黏得更穩固，不容易產生變形、脫膠剝離、或與蝸殼基體產生相對滑動等現象;最后將成型模具和密封模具安裝在蝸殼基體內，構成復合材料襯層的成型腔，可以精確控制襯層的尺寸和形狀，將液態狀的復合材料通過注射孔注入成型腔內，保壓成型固化后便可以穩固地粘黏在蝸殼基體內。本發明提供的蝸殼結構簡單，設計合理，制造難度低，復合材料襯層能夠有效降低蝸殼基體內腔的粗糙度，減少葉輪運轉時的氣體或液體流動阻力;通過成型獲得的復合材料襯層蝸殼內腔形狀尺寸精度高，能精確控制葉片與蝸殼之間的均勻間隙，可以明顯提高栗、風機或壓縮機運轉的效率和可靠性。
[0022]與現有技術相比，本發明還具有以下優點:
[0023](I)本發明將復合材料襯層的厚度控制在2毫米至4毫米之間，對蝸殼基體的結構和強度影響小，厚度尺寸的控制精度高。
[0024](2)本發明在襯層下方設有網格狀的加強筋，有助于固定復合材料襯層，避免發生變形、脫落現象。
[0025](3)本發明采用蝸殼基體和成型模具、密封模具的配合，通過注射孔將液體復合材料注射成型，可以精確控制蝸殼復合材料襯層的形狀尺寸，避免與葉輪產生干涉。
[0026](4)本發明采用高分子樹脂膠復合材料襯層的蝸殼內腔，表面粗糙度低，降低氣體或液體流動阻力，避免栗、風機或壓縮機等運行時升溫過快，導致運轉效率降低。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明所提供的蝸殼的立體示意圖。
[0028]圖2是本發明所提供的蝸殼的主視圖。
[0029]圖3是本發明所提供的蝸殼的俯視剖視圖。
[0030]圖4是本發明所提供的復合材料襯層的局部剖視圖。
[0031 ]圖5是本發明所提供的制造具有復合材料襯層蝸殼的方法流程圖。
[0032]圖6是本發明所提供的注射孔的結構示意圖。
[0033]圖7是本發明所提供的注射孔的剖視圖。
[0034]圖8是本發明所提供的成型模具的主視圖。
[0035]圖9是本發明所提供的成型模具的右視圖。
[0036]圖10是本發明所提供的成型模具的俯視圖。
[0037]圖11是本發明所提供的密封模具的剖視圖。
[0038]圖12是本發明所提供的成型模具和密封模具安裝后的A-A剖視圖。
[0039]圖13是本發明所提供的成型模具和密封模具安裝后的B-B剖視圖。
[0040]上述附圖中的標號說明:100-蝸殼基體，110-加強筋，120-復合材料襯層，130-注射孔，200-成型模具，300-密封模具。
【具體實施方式】
[0041]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明作進一步說明。
[0042] 實施例1:
[0043 ]如圖1、圖2、圖3和圖4所不，本發明公開了一種設有復合材料襯層120的蝸殼結構，該蝸殼結構由蝸殼基體100和復合材料襯層120組成。蝸殼基體100采用傳統的鑄造、機械加工或鈑金加工方法制造成，襯層由高分子復合材料組成，與蝸殼基體100之間采用高分子樹脂膠粘結。蝸殼基體100帶有網格狀的加強筋110，對高分子材料襯層起到加強作用，防止高分子襯層變形、脫膠剝離、與蝸殼基體100產生相對滑動等破壞。高分子復合材料襯層120的厚度約2-4mm，由高分子樹脂膠作為基體，添加短切碳纖維等材料制成;與鋼鐵材料相比，高分子樹脂材料的表面粗糙度相對較低，。添加短切碳纖維，可以對高分子樹脂材料進行增強，提高襯層材料的強度。襯層材料可以采用注射等方法成型，并直接與蝸殼基體100粘結。復合材料襯層120蝸殼與傳統方法加工出來的蝸殼相比，可以提高蝸殼內表面的尺寸精度，保證葉輪與蝸殼間合理均勻的間隙，同時降低表面粗糙度。
[0044]實施例2:
[0045]本發明還公開了一種具有復合材料襯層120的蝸殼結構的制造方法，通過該方法制造出來的具有復合材料襯層120的蝸殼用于栗、風機和壓縮機中，可以明顯減少內部氣體或液體流動阻力，提高栗、風機和壓縮機的工作效率和可靠性，如圖5所示，該方法的具體步驟如下:
[0046]步驟S1:結合圖1至圖4所示，根據蝸殼的形狀結構要求，設計蝸殼基體100的外殼，在蝸殼的外殼與葉輪之間形成腔體的部位設計出2_4mm的間隙，該間隙用于成型復合材料襯層120;另外，同時設計厚度為l-2mm的網格狀加強筋110，蝸殼的其它部位形狀尺寸不變。
[0047]步驟S2:采用傳統的鑄造、機械加工或鈑金加工等方法加工出蝸殼基體100的外殼毛坯，并對蝸殼基體100的外殼毛坯進行清洗處理，對蝸殼基體100與復合材料襯層120粘結的表面，進行酸洗處理。
[0048]步驟S3:對除蝸殼與葉輪形成腔體部位之外的外殼其它部位，包括葉輪安裝部位等，按精度要求進行精密加工，并且在外殼上加工出一個或多個直徑為2_5mm的復合材料注射孔130，注射孔130的形狀、結構和分布情況如圖6和圖7所示，或進一步對蝸殼基體100與復合材料襯層120粘結的表面再涂抹硅烷偶聯劑進行硅烷膜處理。
[0049]步驟S4:如圖8、圖9和圖10所示，根據葉輪的旋轉狀態和葉輪與蝸殼之間腔體高精度形狀尺寸要求，設計蝸殼內表面的形狀尺寸和復合材料襯層120成型模具200，模具采用與葉輪完全相同的安裝方式。
[0050]步驟S5:制造并精密加工出復合材料襯層120成型模具200，成型模具200的安裝部位的形狀尺寸精度與葉輪一致。
[0051]步驟S6:根據蝸殼基體100的外殼和襯層成型模具200的形狀、結構和尺寸，并結合實際需要，設計并制造出復合材料注射用的密封模具300，如圖11所示，該密封模具300用于復合材料襯層120的成型腔密封。
[0052]步驟S7:如圖12和圖13所示，將襯層成型模具200與復合材料接觸的表面涂上脫膜劑，并安裝在蝸殼基體100外殼中；同時，將用于密封的模具模塊與復合材料接觸的表面涂上脫模劑，并安裝入蝸殼基體100外殼中，形成復合材料襯層120注射成型用的型腔。
[0053]步驟S8:以高分子樹脂膠為基體，添加一定比例的短切碳纖維以及高分子樹脂膠固化劑，獲得液體狀的復合材料。
[0054]步驟S9:將液體狀的復合材料采用注射裝置通過蝸殼基體100外殼的復合材料注射孔130，注入到蝸殼基體100外殼與襯層成型模具200之間形成的空腔內，并對空腔進行保壓和固化，最后獲得復合材料襯層120，該襯層與蝸殼基體100外殼通過高分子樹脂膠緊密粘結。
[0055]步驟S10:復合材料固化完成后，將成型模具200和用于密封的模具模塊拆卸下來，并對復合材料注射孔130進行封堵，最終得到具有復合材料襯層120的蝸殼。
[0056]本發明的工作過程和原理是:本發明將復合材料設置在蝸殼基體100的內腔上，利用復合材料具有強粘結性和低粗糙度的特點來降低栗、風機或壓縮機在運轉時的氣體或液體流動阻力，可以顯著提高葉輪的運行效率和可靠性;另外，通過設置網格狀的加強筋110，可以增大蝸殼基體100與復合材料的粘結面積，使復合材料粘黏得更穩固，不容易產生變形、脫膠剝離、或與蝸殼基體100產生相對滑動等現象;最后將成型模具200和密封模具300安裝在蝸殼基體100內，構成復合材料襯層120的成型腔，可以精確控制襯層的尺寸和形狀，將液態狀的復合材料通過注射孔130注入成型腔內，保壓成型固化后便可以穩固地粘黏在蝸殼基體100內。本發明提供的蝸殼結構簡單，設計合理，制造難度低，復合材料襯層120能夠有效降低蝸殼基體100內腔的粗糙度，減少葉輪運轉時的氣體或液體流動阻力;通過成型獲得的具有復合材料襯層120的蝸殼基體100內腔形狀尺寸精度高，能精確控制葉片與蝸殼基體100之間的均勻間隙，可以明顯提高栗、風機或壓縮機運轉的效率和可靠性。
[0057]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，包括蝸殼基體和用于減少表面粗糙度和提高蝸殼內腔形狀尺寸精度的復合材料襯層;所述蝸殼基體內腔設有用于加固復合材料襯層的加強筋，所述加強筋設為網格狀;所述復合材料襯層設置在加強筋的上方，與包含加強筋的蝸殼基體內腔通過高分子樹脂膠固定粘結。2.根據權利要求1所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述復合材料襯層的厚度為2毫米至4毫米。3.根據權利要求1所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述加強筋的厚度為I毫米至2毫米。4.根據權利要求1所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述復合材料襯層由液體狀復合材料通過注射工藝在蝸殼基體內腔成型后固化獲得。5.根據權利要求4所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述蝸殼基體上還設有用于注射液狀復合材料的若干個注射孔。6.根據權利要求5所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述注射孔的直徑尺寸為2毫米至5毫米。7.根據權利要求4所述的具有復合材料襯層的蝸殼結構，其特征在于，所述液體狀復合材料以高分子樹脂膠為基體，加入短切碳纖維和高分子樹脂膠固化劑制成。
【文檔編號】F04D29/62GK106065876SQ201610562188
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】章爭榮, 程永奇, 肖小亭, 張鵬, 廖恒斌
【申請人】廣東工業大學