專利名稱：帶有耐腐蝕可磨耗涂層的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，例如羅茨型旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，通常用作 自動(dòng)增壓器，帶有用于增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容積效率的可磨耗涂層，且特別 涉及一種具有可磨耗涂層的耐腐蝕旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
羅茨型旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)通常包括一對(duì)嚙合的有葉片的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有直 葉片或帶螺旋扭轉(zhuǎn)部的葉片，各個(gè)轉(zhuǎn)子安裝在軸上，且各個(gè)軸上安裝有正 時(shí)齒輪。旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，特別是羅茨型鼓風(fēng)機(jī)用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器且通
常以較高的速度運(yùn)行，典型地在每分鐘10,000至20,000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)以用于 傳輸大體積的可壓縮流體例如空氣，但是不會(huì)在鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部壓縮空氣。
需要轉(zhuǎn)子相互嚙合以便從進(jìn)口端將較大體積的空氣輸送至較高壓力的 出口端。專門設(shè)計(jì)了用于補(bǔ)償由栽荷引起的彎曲和/或熱膨脹的操作間隙以 便用于零部件的運(yùn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)子實(shí)際上不會(huì)相互接觸或與殼體接觸。此夕卜， 在實(shí)踐中給轉(zhuǎn)子施加環(huán)氧涂層，從而任何由于疏忽引起的接觸不會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn) 子或容納轉(zhuǎn)子的殼體的磨損。設(shè)計(jì)的操作間隙雖然是需要的，但是由于允 許泄漏而限制了^ 走轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的效率。這種泄漏途徑的產(chǎn)生降低了旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng) 機(jī)的容積效率。
一種已知的提高旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的泵送效率的方法是使用帶可磨耗材料的 涂層。盡管已知的增壓器轉(zhuǎn)子可磨耗涂層提供了增大的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容器 效率和足夠的潤(rùn)滑性，但是此可磨耗涂層具有較差的耐腐蝕性，將可磨耗 涂層在增壓器中的應(yīng)用限制在增壓器不置于腐蝕性環(huán)境中。例如，已知的 增壓器可磨耗涂層通常與在鹽水環(huán)境中運(yùn)行的船用發(fā)動(dòng)機(jī)不兼容，這是因?yàn)辂}含量較高的周圍空氣會(huì)腐蝕轉(zhuǎn)子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子體部，該轉(zhuǎn)子體部具有覆蓋轉(zhuǎn)子體 部的耐腐蝕涂層?？赡ズ耐繉痈采w耐腐蝕涂層的至少一部分，以提供基本 為零的操作間隙以用于增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容積效率。耐腐蝕涂層防止在置
于腐蝕環(huán)境期間轉(zhuǎn)子體部的腐蝕。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，耐腐蝕涂層包括電解陶瓷涂層，該涂層顯示了 對(duì)各種腐蝕性環(huán)境的良好的耐腐蝕性，并形成具有與可磨耗涂層良好附著 性的基底。


圖1是本發(fā)明可使用的示例性羅茨型旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的側(cè)面正視圖； 圖2是圖1的示例性羅茨型旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的剖S見圖，示出根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例的一對(duì)轉(zhuǎn)子；
圖3是圖2所示的轉(zhuǎn)子的剖視圖4是才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的鉆子在ASTM-B117鹽霧試驗(yàn)后的照片；
且
圖5是4又具有可磨耗涂層的現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)子在ASTM-B117鹽霧試驗(yàn)后 的照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，該附圖并不意在限制本發(fā)明，且首先特別結(jié)合圖l和 圖2，示出總體由ll表示的示例性羅茨型旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)或泵?？山Y(jié)合美國(guó)專 利Nos.4，828，467、 5,118,268和5，320，508更好地理解旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)11,所迷 專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并結(jié)合于此作為參考。
如本領(lǐng)域已公知的，旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)通常用于將一定體積的例如空氣的可 壓流體從入口端開口泵送或輸送至出口端開口 ，在將空氣置于出口開口的較高壓力的空氣之前不將傳輸體積的空氣壓縮。旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)11包括殼體組
件13，該殼體組件13包括主要?dú)んw部件15、支承玲反17和驅(qū)動(dòng)殼體部件19。這三個(gè)部件:故多個(gè)緊固件21固定在一起。
下面參考圖2，主要?dú)んw部件15是限定形成圓筒形壁表面23、 25的一體部件，該圓筒形壁表面23、 25分別限定形成并行的橫向疊置的圓筒形腔室27和29。腔室27和29內(nèi)分別裝有用于相反4t轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子-軸子組件31、33，軸線基本和本領(lǐng)域已知的鼓風(fēng)機(jī)ll的各自的軸線一致。子組件31具有沿由圖2中的附圖標(biāo)記31附近的箭頭表示的逆時(shí)針方向的螺旋扭轉(zhuǎn)部。子組件33具有沿由圖2中的附圖標(biāo)記39附近的箭頭表示的順時(shí)針方向的螺旋扭轉(zhuǎn)部。為了解釋根據(jù)本發(fā)明的耐腐蝕涂層和可磨耗涂層的用途，認(rèn)為子組件31和33是相同的，下面將結(jié)合涂層的用途僅描述其中的一個(gè)。
還是參考圖3，示出轉(zhuǎn)子39的剖視圖。轉(zhuǎn)子39包括體部40，該體部具有三個(gè)單獨(dú)的葉片43、 45和47,該葉片連接在一起或優(yōu)選形成為一體以便限定形成基本為圓筒形的腹(web)部49。中央孔部分51內(nèi)設(shè)有軸37、 41。各個(gè)葉片43、 45和47內(nèi)可分別限定形成空的腔室53、 55、 57。但是本發(fā)明可等同地應(yīng)用于實(shí)心和空心的轉(zhuǎn)子。
為了便于對(duì)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的更好的理解且為使說明簡(jiǎn)化，圖3中示出轉(zhuǎn)子39是有直的葉片的轉(zhuǎn)子。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可等同地應(yīng)用于任何形狀的轉(zhuǎn)子，不論該轉(zhuǎn)子是螺旋形葉片還是直的葉片都是這樣。
在圖3中示出優(yōu)選地覆蓋轉(zhuǎn)子39的整個(gè)外表面的可磨耗涂層61。涂層61可包括優(yōu)選是粉末形式的環(huán)氧高分子樹脂基質(zhì)的涂層材料基或基質(zhì)與固體潤(rùn)滑劑的混合物。美國(guó)專利No.6，688,867中描述了示例性涂層61，該專利由本發(fā)明的受讓人所有且其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
仍然參考圖3，耐腐蝕涂層63設(shè)置在轉(zhuǎn)子31和可磨耗涂層61之間。在本發(fā)明的實(shí)施例中，耐腐蝕的涂層63是電解陶瓷材料，例如HenkelKGaA售賣的商標(biāo)為Alodine⑧的電解鈦陶瓷涂層。耐腐蝕涂層63可以公差小于+/-0.5微米(nm)的約5-7微米(Jim)的受控厚度沉積在轉(zhuǎn)子31上?？赏ㄟ^靜電或霧化空氣噴射工藝，也可通過例如液體噴射或浸入工藝的液體工藝涂覆耐腐蝕涂層63?？赏ㄟ^例如機(jī)加工、打磨、噴砂處理等的 機(jī)械手段，或可選地例如蝕刻、脫油、溶劑清洗或如堿性或磷酸酸洗的化 學(xué)處理的用于表面處理的化學(xué)手段通it^f基體的表面預(yù)處理來改進(jìn)耐腐蝕 涂層63在轉(zhuǎn)子表面上的附著/粘附。
需要耐腐蝕涂層63保持其結(jié)構(gòu)而不會(huì)在接觸區(qū)脫皮，且對(duì)轉(zhuǎn)子39使 用的鋁或其它輕質(zhì)金屬具有好的附著性。此外，如果在磨合期后任何顆粒 被夾帶至發(fā)動(dòng)機(jī)中，那么耐腐蝕涂層63不應(yīng)對(duì)催化轉(zhuǎn)化器或熱排氣氧 (HEGO)傳感器有害。這樣，耐腐蝕涂層63顆粒需要是可燃的。此夕卜， 耐腐蝕涂層63還與汽油、油、水(包括鹽水)、酒精、排氣和合成潤(rùn)滑油 兼容。
在4吏用本發(fā)明的耐腐蝕涂層材料的鼓風(fēng)機(jī)的研發(fā)中，研究了多種涂層 材料。表l列出多種這些涂層材料的結(jié)果。
表l耐腐蝕涂層材料
僅有可磨耗涂層鈦陶資涂層特富隆
標(biāo)稱厚度80畫130fim5-7拜40-60,
操作溫度畫40。C至150。C畫40。C至600+。C-40。C至150。C
固4匕時(shí)間(cure約20分鐘/200。C約1.5分鐘/室溫約20分鐘簡(jiǎn)。C
time ) /溫度
對(duì)轉(zhuǎn)子的附著性非常好非常好好
對(duì)可磨耗涂層的N/A很好差
附著性
ASTM畫B117鹽未通過*通過**通過
霧試驗(yàn)
*圖5中示出ASTM-B117試驗(yàn)結(jié)果的照片。 **圖4中示出ASTM-B117試驗(yàn)結(jié)果的照片。
可磨耗涂層61在耐腐蝕涂層63上沉積，從而可磨耗涂層61和耐腐蝕
涂層63具有范圍在約80微米(nm )至約130 (fim )的總厚度。由于制造公差，有涂層的轉(zhuǎn)子可能具有范圍在約0密耳至約7密耳的轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)子的間隙，以及范圍在約0密耳至約3密耳的轉(zhuǎn)子對(duì)殼體的間隙。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子上的可磨耗涂層材料厚度使得轉(zhuǎn)子和殼體之間存在輕微的干涉配合。在組裝過程中，旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行一段主要的磨合期的時(shí)間。在此使用的術(shù)語"磨合"用于表示這樣一種操作循環(huán)，該操作循環(huán)至少持續(xù)約兩分鐘，其中旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)承受2000rpm至約16000rpm的(速度)上升，然后下降。當(dāng)然，磨合期可包括但不限于用于將涂層磨耗至基本為零的操作間隙的任何操作循環(huán)。
在上文中詳細(xì)描述了本發(fā)明，且在閱讀和理解上文后本領(lǐng)域技術(shù)人員易于對(duì)本發(fā)明做各種變型和改進(jìn)。所有這些變形和改進(jìn)都包括在本發(fā)明內(nèi)，即在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子體部；覆蓋轉(zhuǎn)子體部的耐腐蝕涂層；和可磨耗涂層，該可磨耗涂層覆蓋耐腐蝕涂層的至少一部分，用以提供基本為零的操作間隙以增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容器效率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述耐腐蝕涂層具有范圍在約5微米至約7微米的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述耐腐蝕涂層包括電解陶乾涂層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述電解陶瓷涂層包括鈦陶瓷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述可磨耗涂層和所述耐腐蝕涂層具有范圍在約80微米至約130微米的總厚 度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述可磨耗涂層是涂層基質(zhì)和固體潤(rùn)滑劑的混合物。
7. —種旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，包括 轉(zhuǎn)子體部；附著于轉(zhuǎn)子體部并覆蓋轉(zhuǎn)子體部的電解陶瓷涂層；和 可磨耗涂層，該可磨耗涂層附著于耐腐蝕涂層并覆蓋耐腐蝕涂層的至 少一部分，用以提供基本為零的操作間隙以增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容器效率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述電解陶瓷涂層具有范圍在約5微米至約7微米的厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述電解陶瓷涂層包括鈦陶瓷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述可磨耗涂層和所述電解陶瓷涂層具有范圍在約80微米至約130微米的總 厚度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述可磨耗涂層是涂層基質(zhì)和固體潤(rùn)滑劑的混合物。
12. —種旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，包括一對(duì)轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子包括耐腐蝕涂層和可磨耗涂層，該耐腐蝕涂層覆 蓋轉(zhuǎn)子，該可磨耗涂層覆蓋耐腐蝕涂層的至少一部分，用以提供基本為零 的操作間隙以增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容器效率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述 耐腐蝕涂層具有范圍在約5微米至約7微米的厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述 耐腐蝕涂層包括電解陶瓷涂層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述 電解陶瓷涂層包括鈦陶瓷。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述 可磨耗涂層和所述耐腐蝕涂層具有范圍在約80微米至約130微米的總厚 度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述 可磨耗涂層是涂層基質(zhì)和固體潤(rùn)滑劑的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子(39)，包括被耐腐蝕涂層(63)覆蓋的轉(zhuǎn)子體部?？赡ズ耐繉?61)覆蓋耐腐蝕涂層的至少一部分，用以提供基本為零的操作間隙以增大旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的容器效率。還提供一種包括這種轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)。
文檔編號(hào)F04C18/12GK101680448SQ200880016990
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者D·R·奧文加 申請(qǐng)人:伊頓公司