专利名称：具有催化剂涂层的涡轮增压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分的压缩机，涉及根据专
利权利要求9的前序部分的具有这种压缩机的涡轮增压器和根据专利权 利要求10的前序部分的用于制造压缩机的方法。
背景技术：
当前广泛应用废气涡轮增压器来提高内燃机的效率。涡轮增压器的 废气涡轮中通入来自内燃机的废气，其动力能量被用来Pil^和压缩内燃 机的空气。通过压缩增加了空气的温度和压力。由此可能在扩压器的导向 叶片和扩压器壁上出现180n或更高的温度。
PiUV肮脏的空气可能引起污染物在进气口外壳的面对待压缩介质的一 侧，在压缩;M^或扩压器上的沉积。如果被污染的空气还包含油颗粒，由 于油的表面张力低导致油颗粒更加粘附。温度超过1501C则油的易挥发成 分挥发。在约180至260"C的温度下额外地发生焦化。这种作用在壁的表 面上产生残留物。残留物形成具有^^面的厚层。由此可以4吏得压缩机 的效率在短时间内降低多个百分比。
这个问题在具有曲柄轴箱通风的内燃机中出现的更多。在内燃机M 情况下，活塞环和空气罐(Luftbuechse)之间的燃烧气体溢出到曲柄轴箱。 此外，空气通过涡轮增压器的油回程管道ii^曲柄轴箱。这些气体被称为 泄漏(Blow-By)气体。为了保证曲柄轴箱内的压力不过分升高，将泄漏 气体排出，导入到压缩机轮的上游的吸入空气并且在压缩机中与吸入空气 一起压缩。泄漏气体包含油颗粒，其典型地直径为0.1至10 jam (微米) 且以5至10 mg/m3的浓度存在。
为了避免上述作用，有规律清洁压缩机。清洁在部分负荷下进行。压 缩机轮以降低的旋转速度旋转并且将液体注入压缩;||*的上游。
从US 4,196,020中已知上述类型的i殳备。其中提出了连接在汽轮机的 进气口外壳上的用于清洁目的的可拆下清洁喷射装置。所述清洁喷射装置包含具有喷雾嘴的集流管。用于清洁时，将所述装置安装于进气口外壳上， 接通汽轮机并且通过喷雾嘴将清洁用液体均勻地喷射在进气口外壳的面 对待压缩介质的一侧和压缩机轮上。因此，这种清洁喷射装置主要用来清 洁压缩机洽。在进气口外壳内侧或不移动的扩压器中，粘附的沉积物几乎
不能通过细喷射的液体除去。压缩机越热，或者^UV的空气和压缩的空气
之间的压缩比率越高，则污染物在外壳内壁和扩压器上的越牢固粘附，因 此更难除去这些污染物。此外，每次清洁操作之前和之后必须中断压缩机 运行，从而将清洁喷射装置安装在压缩机上并且在清洁之后再次除去。
从烤炉工艺中已知，为了避免食物油粘附用催化剂涂层在烤炉上加内
衬(US 4,515,862 )。为此，将由碱金属氧化物或稀土金属碱金属氧化物 (Sdtene Erd-Alkalioxid)组成的催化剂与染料混合，施加到欲保持清洁 的壁上并且烧结。炉中所产生的200至300X:的温JLA以利用催化剂涂层 分解食物油。在此过程中，催化剂如何在染料中分布对还提供催化作用来 说非常重要。
发明内容
因此，本发明的目的是提供具有进气口外壳和压缩机轮的压缩机，其 中导流部件特别是在高温时基本上保持清洁，并JL^本上避免了含油污染 物的粘附。此外，本发明还提供了具有这种压缩机的涡轮增压器和制造这 种压缩机的方法。
根据本发明，上述目的通过具有专利权利要求l的特征的压缩机，具 有权利要求9的特征的涡轮增压器和具有专利权利要求IO的特征的方法来 实现。
根据本发明的压缩机具有压缩机轮和进气口外壳，其中导流部件至少 部分配备有催化剂涂层。导流部件应理解为布置在流体通道中或限定流体 通道的部件，其中通过面对待压缩的介质的压缩M和进气口外壳的部件 来限定流体通道。在典型地由涡轮te行产生的温度下通过催化剂涂层分 解含油杂质，并且从而很大程度避免了污染物的粘附和保持壁清洁。与现 有技术的进气口夕卜壳区域温度越高，污染物越牢固粘附在进气口外壳的压 缩机不同的是，在根据本发明的涡轮机中，在较高的温度下催化剂作用甚 至更强并且更有效地避免了含油污染物的粘附。
5其它有利的变化和实施方案由从属权利要求得出。
下面根据附图中示出的优选实施例更详细地说明根据本发明的方法和
本发明主题。所述附图中示出
附图沿着机械轴的截面示出了具有根据本发明的压缩机的涡轮增压器的剖面。
附图中使用的附图标记和这些标记的含义在参考列表中总结出来。所述实施方案对本发明的主题是示例性的并且不起到限制作用。
具体实施例方式
下面以涡轮增压器作为实施例来说明本发明，所述涡轮增压器包含具有压缩机轮3和进气口外壳2的压缩机1 。
附图沿着涡轮增压器的机械轴的截面示出具有压缩机l的涡轮增压器的压缩机剖面。压缩机1具有进气口外壳2，安装在轴(图中未显示)上的具有动叶片31和轮毂32的压缩机轮3以及扩压器4。涡轮叶轮同样安装在轴(图中未显示)上。进气口外壳2具有外壳内侧21，外壳内侧21面对待压缩的介质并且待压缩的介质沿着其流动。流体通道5通过进气口外壳2的外壳内侧21来限定其朝外的界限，通过压缩M3的轮毂32来限定其朝内的界限。待压缩的介质6的流动方向沿着流体通道5从进气口外壳的开口朝向扩压器4 (在图1中用箭头表示)。动叶片31的下游，进气口外壳2过渡到扩压器4的扩压器壁41。扩压器4包含导向叶片42和扩压器壁41，其面对待压缩的介质并且限定流体通道5的朝外的界限。扩压器在下游过渡到蜗杆传动装置外壳22。压缩机l是涡轮机的实例，其中涡轮机包含转子和定子，在压缩机情况下对应压缩M3和进气口外壳2。
在根据本发明的压缩机l中，导流部件至少部分配备有催化剂涂层。导流部件例如是限定流体通道5或布置在流体通道中的部件，特别是外壳内侧21，压缩*3，扩压器壁41或扩压器导向叶片42。在附图中，压缩机1在进气口外壳2的外壳内侧21上以及扩压器壁41和扩压器导向叶片42上具有催化剂涂层7 (虚线表示)。催化剂涂层7， 7，可以被施加到任
6何其它导流部件，即在压缩机运行时产生的温度如此高从而可以进行催化
作用的部件。压缩机典型地在180至300"C的温度下运行。这种温度足以在涂层7,7，中产生催化作用。
涂层7， 7，包含至少一种过渡金属的氧化物或过渡金属的混合物的氧化物，即至少一种过渡金属的氧化物。过渡金属是第一副族元素(特别是Cu、 Ag、 Ag)，第二副族元素(特别是Zn、 Cd、 Hg),第三副族元素(特别是Sc、 Y)，第四副族元素(特别是Ti、 Zr、 Hf),第五副族元素(特别是V、 Nb、 Ta),第六副族元素(特别是Cr、 Mo、 W)，第七副族元素(特别是Mn、 Tc、 Re)和/或第八副族元素(特别是Fe、 Ru、Os、 Co、 Rh、 Ir、 Ni、 Pd、 Pt)。在优选的实施方案中，所述涂层包含至少一种下列元素的氧化物或混合物的氧化物，所述元素分别是第四周期元素(Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn)和/或第五周期元素(Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Tc、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Cd)，优选第四周期元素。
另外，所述涂层还可以包含至少一种金属氧化物，优选A1氧化物，或者所述涂层包含由至少一种过渡金属和至少一种优选Al的金属和/或优选Si的半金属组成的混合物的氧化物。特别适合用作涂层7， 7'的材料是TiZrNi、 TiCrSi、 AlFeCrCo和/或AlFeCuCr的合金的氧化物。
适合的例如是A1、 Fe、 Cr和Cu的混合物的氧化物构成的涂层，其中Al为57至85at。/。，优选64至78at。/n,优选64.5至74.5 at %，特别是71 at %; Fe为6.9至10.4 at %,优选7.8至9.6 at %，优选8.3至9.1 at %，特别是8.7 at %; Cr为8.5至12.7 at %，优选9.5至11.7 at %，优选10.1至11.1 at %，特别是10.6 at %和Cu为7.8至11.6 at %，优选8.7至10.7at%，优选9.2至10.2at。/0，特别是9.7at。/。。所给出的混合物中的比例应理解为，金属/过渡金属的比例共同为100%,其中所述混合物还可以包含其它金属/过渡金属，即所给出的范围只涉及A1、 Fe、Cr和Cu相互之间的相对比率，但也可以存在其它金属/过渡金属。这种混合物可以例如从Saint Gobain公司以商品名Cristome Al获得，其组成为71"/o的Al、 8.7。/。的Fe、 10.6%的Cr和9.7%的Cu。
另一种适合的涂层是A1、 Fe、 Co和Cr的混合物的氧化物，其中Al为57至85atYo，优选64至78at。/。，优选64.5至74.5 at %，特别是71.3 at %; Fe为6.5至9.7 at %，优选7.3至8.9 at %,优选7.7至8.5at %,特别是8.1 at %; Co为10.2至15.4 at %，优选11.5至14.1 at %,优选12.2至13.4 at %,特别是12.8at。/。； Cr为6.2至9.4 at %,优选7.0至8.6at。/。，优选7.4至8.2at。/。，特别是7.8at。/。。所给出的混合物中的比例应理解为，金属/过渡金属的比例共同为100%，其中所述混合物还可以包含其它金属/过渡金属，即所给出的范围只涉及A1、 Fe、 Co和Cr相互之间的相对比率，但也可以存在其它金属/过渡金属。这种混合物可以例如从Saint Gobain公司以商品名Cristome BT 1获得，其组成为71.3at"/o的Al、 8.1atY。的Fe、 12.8 at %的Co和7.8 at %的Cr。
催化剂涂层7， 7，在涡轮增压器运行过程中产生的温度下是长期耐热性的。
为了制造根据本发明的涡轮增压器，可以将催化剂涂层7通过热喷涂施加到进气口外壳2的外壳内侧21上。通过热喷涂来涂敷的方法例如在F.隱W. Bach等人的文献"Moderne Beschichtungsverfahren"， Wiley-VCHVerlag, 2000中有所描述。
在具有扩压器4的压缩机情况下也可以设想，在扩压器壁41上施加催化剂涂层7，。典型的热喷涂方法包括火焰喷涂、高速火焰喷涂、电弧喷涂和等离子体喷涂。选择产生低气孔率和/或低粗糙度的表面的方法是有利的。典型地，在进气口外壳2的外壳内侧21施加过渡金属或过渡金属的合金，特别是通过热喷涂来施加，并且在施加过程中，特别是热喷涂过程中发生过渡金属或过渡金属的合金的氧化。
催化剂涂层7， 7，的表面可以在喷涂之后进一步处理，直至表面具有期望的粗糙度。 一方面，光滑表面对压缩机的运行有利，因为通过这种表面在表面附近产生极少的气流旋涡，另一方面，如果表面增大，则催化作用更强，因为在这种情况下更大的催化剂涂层面积有助于催化作用。
产生期望的粗糙度的表面处理时，表面可以通过适当的方法，例如打磨、刮板打磨(Schleppschleifen)或通过玻璃珠来4錄面平滑。随后，可以有针对性地在表面上再次产生沟槽(Riefe)或凹陷(Rille)，例如通过喷砂处理，从而产生与光滑表面相比增大催化剂涂层表面的凹槽，但是所述凹槽几乎不产生旋涡，因为这类凹槽只极小地影响气流。最大粗糙深度应该典型地不超过40 pm (对应N9粗糙度等级)。根据用途和/或才艮据制造方法，最大粗糙深度还可以是25 pm (对应N8粗M等级)、16 pm (对应N7 M度等级)或者甚至是6.4 ^tm (对应N6 Wl度等级)。平均粗糙度典型地小于6.3pm。根据应用和/或制造方法，平均粗^^度还可以小于3.2、 1.6或者甚至0.8 ^un。
附图标记
1 压缩机
2 进气口外壳
21 外壳内侧
22 蜗杆传动装置外壳
3 压缩机轮
31 动叶片
32 轮毂
4 扩压器
41 扩压器壁
42 导向叶片
5 流体通道
6 流动方向
7， 7，催化剂涂层
权利要求
1. 一种压缩机(1)，其包含压缩机轮(3)和进气口外壳(2)以及至少部分减少导流部件上杂质沉淀的手段，其特征在于，所述手段是催化剂涂层(7，7’)，并且所述导流部件至少部分配备有催化剂涂层(7，7’)。
2. 根据权利要求l的压缩机，其特征在于，催化剂涂层(7,7，)包 含至少 一种过渡金属的氧化物或过渡金属混合物的氧化物，其中所述过 渡金属是第一副族元素，特别是Cu、 Ag、 Ag,第二副族元素，特别是 Zn、 Cd、 Hg，第三副族元素，特别是Sc、 Y，第四副族元素，特别是 Ti、 Zr、 Hf,第五副族元素，特别是V、 Nb、 Ta，第六副族元素，特 别是Cr、 Mo、 W，第七副族元素，特别是Mn、 Tc、 Re和/或第八副族 元素，特别是Fe、 Ru、 Os、 Co、 Rh、 Ir、 Ni、 Pd、 Pt。
3. 根据权利要求2的压缩机，其特征在于，所述过渡金属或过渡 金属的混合物在每种情况下涉及第四周期元素，特别是Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn和/或第五周期元素，特别是Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Tc、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Cd，优选TiZrNi。
4. 根据权利要求l的压缩机，其特征在于，催化剂涂层(7，7，)包 含至少一种过渡金属和至少一种优选Al的金属和/或优选Si的半金属的 混合物的氧化物，其中所述过渡金属是第一副族元素，特别是Cu、 Ag、 Ag,第二副族元素，特别是Zn、 Cd、 Hg,第三副族元素，特别是Sc、 Y，第四副族元素，特别是Ti、 Zr、 Hf,第五副族元素，特别是V、 Nb、 Ta，第六副族元素，特别是Cr、 Mo、 W，第七副族元素，特别是Mn、 Tc、 Re和/或第八副族元素，特别是Fe、 Ru、 Os、 Co、 Rh、 Ir、 Ni、 Pd、 Pt。
5. 根据权利要求4的压缩机，其特征在于，所述混合物包含57至 85at%，优选64至78at0/。，优选64.5至74.5 at %，特别是71at。/。 的Al; 6.9至10.4 at %，优选7.8至9.6 at %，优选8.3至9.1 at %，特 别是8.7at。/o的Fe; 8.5至12.7 at %,优选9.5至11.7 at %,优选10.1 至11.1 at %,特别是10.6 at %的Cr和7.8至11.6 at %,优选8.7至 10.7 at %,优选9.2至10.2at。/。，特别是9.7 at %的Cu。
6. 根据权利要求4的压缩机，其特征在于，所述混合物包含57至，85 at %，优选64至78 at %，优选64.5至74.5 at %，特别是71.3 at % 的A1; 6.5至9.7at0/。，优选7.3至8.9 at %,优选7.7至8.5 at %，特 别是8.1 at %的Fe; 10.2至15.4 at %，优选11.5至14.1 at %,优选12.2 至13.4at。/0，特别是12.8at。/o的Co;和6.2至9.4 at %，优选7.0至 8.6at%，优选7.4至8.2at。/。，特别是7.8 at %的Cr。
7. 根据权利要求1 6中任一项的压缩机，其特征在于，所述催化 剂涂层(7,7，)是热喷涂层。
8. 根据权利要求1 7中任一项的压缩机，其特征在于，所述催化 剂涂层(7， 7，)具有最大粗糙度深度为40 jim和/或平均粗糙度小于6.3 pm的表面。
9. 一种包含根据权利要求1的压缩机(1)的涡轮增压器。
10. —种用于制造根据权利要求l-8中任一项的包含进气口外壳 (2)和压缩机轮(3)的压缩机的方法，其中-催化剂涂层(7,7，)被热喷涂在导流部件的至少一部分上。
11. 根据权利要求10的方法，其特征在于-在喷涂上催化剂涂层(7,7，)之后，处理催化剂涂层(7,7，)的 表面直至其达到期望的粗糙度。
12. 根据权利要求10或11的方法，其特征在于，处理所述表面使 其达到期望的粗糙度包括使表面平滑的步骤和随后在已平滑的表面中 产生预先确定的粗糙度的步骤。
全文摘要
一种具有转子和定子的涡轮机，在其导流部件上至少部分配备有催化剂涂层。所述催化剂涂层(7，7′)包含至少一种过渡金属的氧化物或过渡金属混合物的氧化物，其中所述过渡金属是第一副族元素，特别是Cu、Ag、Ag，第二副族元素，特别是Zn、Cd、Hg，第三副族元素，特别是Sc、Y，第四副族元素，特别是Ti、Zr、Hf，第五副族元素，特别是V、Nb、Ta，第六副族元素，特别是Cr、Mo、W，第七副族元素，特别是Mn、Tc、Re和/或第八副族元素，特别是Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt。
文档编号F01D25/00GK101490368SQ200780026794
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月9日 优先权日2006年7月14日
发明者亨宁·富尔曼, 托马索·奥莱塔, 马丁·蒂勒 申请人:Abb研究有限公司