Nowatorskie tuleje utrzymujące wirniki dla systemów klimatyzacji samolotów
W napędzanych elektrycznie systemach klimatyzacji dla samolotów wymagane jest stosowanie sprężarek silnikowych o wysokiej prędkości, opartych na technologii wirnika z magnesem trwałym. Jednym z rozwiązań jest uzyskanie tulei utrzymującej w procesie bezpośredniego nawijania włókien. Metoda ta zapewnia najwyższy stopień kontroli rozmieszczenia włókien i jednorodność struktury. Dzięki finansowaniu przez UE zespół projektu E-SLEEVE (Direct filament wound rotor carbon resin sleeves by bulk curing and layer-by-layer electron beam polymerisation) zajął się opracowaniem metody bezpośredniego nawijania włókien dla wirników, zapewniającej włóknom wytrzymałość na rozciąganie wystarczającą do wywarcia wstępnego obciążenia na magnesy. W tym celu konieczne było określenie optymalnej kombinacji żywica/włókno, zdolnej do sprostania warunkom eksploatacji takim, jak temperatura i wilgotność i zachowującej zdolność w zakresie nawijania włókien. Partnerzy zaprojektowali, opracowali i zademonstrowali dwa różne procesy nawijania włókien tulei węglowych. Tuleje zostały zintegrowane z wirnikami elektrycznymi sprężarek o wysokiej prędkości przeznaczonych dla systemów klimatyzacji samolotów. Włókna podczas nawijania są zwilżane żywicą i nawijają się wokół obracającego się trzpienia pod różnymi kątami, co umożliwia spełnienie wymagań mechanicznych. Struktura jest następnie utwardzana, a trzpień usuwany. Tuleje są stosowane przede wszystkim do utrzymania magnesów w wirnikach o wysokiej prędkości i coraz częściej wykorzystywane w wielu zastosowaniach w celu zwiększenia prędkości i poprawy wydajności energetycznej. Proces został zweryfikowany przez wytworzenie wymaganych dziewięciu tulei bezpośrednio na zespole wirnika, z zastosowaniem dwu alternatywnych metod. W przypadku obu metod konieczne było uzyskanie wymaganego ciśnienia osiowego i niezawodności, gwarantującej pewne utrzymywanie magnesów wirników przy wysokich prędkościach obrotowych i w trudnych warunkach pracy. Zespół projektu E-SLEEVE opracował tuleje karbonowe wykonane z włókien nawijanych bezpośrednio na wirniki silników elektrycznych. Pomogło to w ulepszeniu konstrukcji wirników i tulei. Oczekuje się, że nowe tuleje zapewnią wzrost wydajności i zyski w zakresach logistyki oraz prawdopodobnie kosztów produkcji.
Słowa kluczowe
Systemy klimatyzacji, zastosowania w samolotach, bezpośrednie nawijanie włókien, tuleje z żywicy węglowej, wirnik silnika elektrycznego