[發明專利]一種低溫下使用的碳纖維葉片

在審

• 申請號: 202210842369.1
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115163555A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李俊;韓旭;肖衛華;劉煜;馬婷;張辰;何元清;王穎
• 申請（專利權）人: 江蘇航宇航空裝備制造有限公司
• 主分類號: F04D29/30
• 分類號: F04D29/30;F04D29/28;F04D29/02
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 毛姍

本發明屬于轉子葉片技術領域，尤其涉及一種低溫下使用的碳纖維葉片，該碳纖維葉片由內至外依次包括碳梁和碳纖維蒙皮，所述碳梁包括依次設置的片狀部、過渡部和柱狀部，所述片狀部位于該碳纖維葉片的葉身處，所述過渡部和柱狀部位于該碳纖維葉片的葉柄處，所述片狀部的兩側均設置有葉身泡沫緣，所述葉身泡沫緣也位于碳纖維蒙皮內；所述柱狀部的后端埋設有金屬芯軸，所述碳梁內設置有過渡段，所述過渡段與金屬芯軸靠近葉身的一端連接。有益效果：本發明的低溫下使用的碳纖維葉片，解決了壓縮機葉片在低溫環境溫度下安全穩定運行問題，特別考慮了碳纖維復合材料與金屬件在大溫度跨度下的配合問題；該碳纖維葉片重量輕，降低壓縮機運行時的能耗。

技術領域

本發明屬于轉子葉片技術領域，尤其涉及一種低溫下使用的碳纖維葉片。

背景技術

大型壓縮機要求研制在90K～323K(-183.15℃～49.85℃)溫度范圍內正常工作的轉子葉片。一般的金屬葉片密度較大，重量重，運行過程中能耗高，而且金屬葉片難以滿足超低溫條件下較高強度及低溫韌性等要求，碳纖維增強復合材料則具有重量輕、熱變形小、低溫下強度及韌性較高的特點，適合制造大型低溫壓縮機的葉片。

目前市場上壓縮機的葉片產品是金屬的，重量重，運行過程中能耗高。金屬鋼材的密度為7900kg/m3，而碳纖維復合材料的密度為1650kg/m3，所以我們研制了碳纖維復合材料葉片，極大地減輕了產品重量。葉片需要在90K～323K寬溫域范圍內使用，所以需要考慮溫差對不同材料間連接的影響。

發明內容

為解決現有技術存在的金屬葉片重量重，運行過程中能耗高，以及難以滿足低溫條件下較高強度及韌性的問題，本發明提供一種低溫下使用的碳纖維葉片。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下，一種低溫下使用的碳纖維葉片，該碳纖維葉片由內至外依次包括碳梁和碳纖維蒙皮，所述碳梁包括依次設置的片狀部、過渡部和柱狀部，所述片狀部位于該碳纖維葉片的葉身處，所述過渡部和柱狀部位于該碳纖維葉片的葉柄處，所述片狀部的兩側均設置有葉身泡沫緣，所述葉身泡沫緣也位于碳纖維蒙皮內；所述柱狀部的后端埋設有金屬芯軸，所述碳梁內設置有過渡段，所述過渡段與金屬芯軸靠近葉身的一端連接。

作為優選，所述片狀部的兩側均埋設有若干連接件，所述連接件遠離片狀部的一端位于葉身泡沫緣內，且所述連接件上具有若干用于鉤住葉身泡沫緣的倒刺。葉身部位為減輕重量局部采用葉身泡沫緣進行填充，同時葉身泡沫緣在葉片模壓制造時起到內支撐作用；由于連接件的設置，使得葉身泡沫緣的設置更加牢靠，便于葉片模壓制造，提高該碳纖維葉片的整體性和結構可靠性。

作為優選，所述金屬芯軸呈啞鈴型，所述金屬芯軸的中部向其兩端平滑過渡；所述金屬芯軸的端部截面均呈多邊形。有效防止金屬芯軸在碳梁內產生相對軸向和角向位移，提高該碳纖維葉片的安裝精度。

作為優選，所述過渡段的一端呈球狀，其另一端呈圓錐狀，所述金屬芯軸的一端向內凹陷，所述過渡段的球狀端位于金屬芯軸的凹陷內，所述過渡段的圓錐狀端遠離金屬芯軸收縮。過渡段形成金屬芯軸和碳梁間的柔性過渡，防止該處因剛度梯度過大造成的應力集中。

作為優選，所述過渡段的材質由碎碳纖和低溫樹脂混合制成。提高過渡段柔性連接的作用。

作為優選，所述碳梁和碳纖維蒙皮的材質均采用碳纖維增強復合材料；所述葉身泡沫緣的材質采用PMI泡沫；所述金屬芯軸的材質采用鈦合金。葉片整體采用碳纖維復合材料，葉身部位為減輕重量局部采用PMI泡沫進行填充，在碳梁內部預埋一根鈦合金的金屬芯軸，保證該碳纖維葉片與壓縮機輪轂連接的可靠性。

進一步地，位于所述葉柄處的碳纖維蒙皮外設置有碳纖維纏繞層。進一步增加葉柄的整體性，提高連接強度。