一种碳纤维复合材料阀门及其设计方法,属于及阀门设计领域,本技术实际的阀体是以金属材料为内胆,外层包覆CFRP材料,两种材料通过环氧树脂胶接形成整体。所述阀体不同位置所包覆地CFRP材料厚度不同,其中,CFRP层较厚的位置是两端法兰内测、连接大螺栓位置的外壁以及沿阀体流向的环向外壁,其余区域仅包覆较薄的CFRP层作为外观,从而形成完整的碳纤维复合材料阀门阀体。同时,本发明还包括一种碳纤维复合材料阀门设计方法。本发明设计阀门的阀体采用CFRP材料代替部分金属材料,可利用CFRP密度低、抗振性强的优势实现碳纤维复合材料阀门的减重和降噪,改善传统金属阀门重量大、噪声大的劣势。本发明有利于CFRP材料的成型工艺。
背景技术
目前传统的舰/船的金属阀门自重大,大通径阀门的自重可达一吨以上,而舰/船上通常阀门众多,且管路长而复杂,导致阀门系统占据了很大的重量比。在运输方面,大重量的阀门系统会影响船舶整体的载货量、载人量以及燃油效率,影响运输成本。在安装与维护方面,过重的阀门提高了安装和维修难度,浪费人力和物力。同时,过重的阀门本身也存在更大的安全隐患。因此,阀门的轻量化设计可以提高整个舰/船的安全系数,降低运输成本,提升整体性能。
由于舰/船的阀门管路系统覆盖范围广,结构复杂,其产生的噪声很大。过大的噪声不仅影响操作人员的听觉健康,还会影响整个舰/船的隐身能力。同时,传统金属阀门过大的振幅也会影响自身的使用寿命。目前大多使用增加消音装置或外包阻尼材料的方法来降低阀门噪声,但这些方法都会进一步增加阀门系统的重量。因此,对阀门本身结构或材料的改进可以在降低阀门噪音的同时不增加阀门的重量。
碳纤维复合材料(CFRP,Carbon Fiber Reinforced Plastic)是一种具有重量轻、比强度高、比刚度好、可设计性强、减振性能优异等优点的阻尼材料,有利于减少结构的振动。目前,CFRP被广泛应用到汽车和航空航天领域,相比与传统金属材料,CFRP不仅可以明显降低结构重量,还在一定程度上提高结构的强度,同时由于其减振性能,可以进一步提高结构的安全稳定。因此,将CFRP应用于阀门结构,将阀体外侧一部分金属替换成CFRP材料,不仅可以实现阀门系统的轻量化,还可减少阀门的振动,达到降噪的目的。
实现思路