專利名稱：氣體壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，所述葉片可調(diào)整以改變壓縮機(jī)中的氣體 流動(dòng)特性，并且本發(fā)明涉及使用所述進(jìn)口導(dǎo)向葉片的壓縮機(jī)、渦輪增壓器和燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
為了動(dòng)態(tài)地改變壓縮機(jī)的氣體進(jìn)口的氣體流動(dòng)特性，已知的是使用可被轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn) 口導(dǎo)向葉片，因此所述葉片提供有可變拐折度或彎度。美國專利US 3，442，493和美國專利 US 5，520，511示出了由固定形狀的兩個(gè)活動(dòng)零件構(gòu)成的葉片。在這種實(shí)施方式中，例如借助于每個(gè)葉片所聯(lián)接的圈環(huán)來操縱葉片。通過連接到 電動(dòng)馬達(dá)或者液壓或氣動(dòng)活塞的杠桿或臂來作用于所述環(huán)。然而，這種布置需要大量的活動(dòng)零件，例如致動(dòng)器、環(huán)和連桿，這些活動(dòng)零件遭受 機(jī)械應(yīng)力、磨損和環(huán)境干擾的影響，從而使得這種系統(tǒng)特別易于發(fā)生機(jī)械故障。EP 274293 Al示出了一種由兩個(gè)穩(wěn)定零件組成的渦輪增壓器進(jìn)口葉片，所述兩個(gè) 穩(wěn)定零件中的一個(gè)被活動(dòng)地連接到另一個(gè)。該方案關(guān)于其活動(dòng)機(jī)械部件總體上具有之前討 論的特性。美國專利US 3,042, 371示出了一種渦輪增壓器進(jìn)口葉片，其包括中空本體，該中 空本體的壁由雙金屬制成。在溫度增加時(shí)，雙金屬壁改變其形狀，使得葉片的彎度變化?？?通過嵌入在雙金屬壁中的電加熱元件來弓I起溫度增加。加熱元件可被電操作。美國專利US 4，619，580公開了一種可變彎度葉片，該可變彎度葉片由層壓板構(gòu) 成，層壓板允許響應(yīng)于溫度的葉片撓曲。PCT專利申請公開WO 2006/128827 Al示出了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器 的進(jìn)氣口，其進(jìn)口導(dǎo)向葉片由吸聲材料制成以實(shí)現(xiàn)噪音的顯著減少。雖然該方案減少了機(jī)械活動(dòng)零件的數(shù)量，但是作用元件仍然受到環(huán)境應(yīng)力造成的 磨損，并且嵌入的加熱元件提供了附加的誤差源。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)向葉片以及使用該可調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)向 葉片的壓縮機(jī)、渦輪增壓器和燃?xì)廨啓C(jī)，所述可調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)向葉片提供改善的可靠性和減 少的機(jī)械磨損。該目的通過權(quán)利要求1、11、13和14的主題來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明提出了一種用于壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，所述葉片可 調(diào)整以改變壓縮機(jī)中的氣體流動(dòng)特性，其特征在于導(dǎo)向葉片包括電活性聚合物(EAP)，所述 電活性聚合物設(shè)置成使得在向?qū)蛉~片施加電壓時(shí)以特定方式調(diào)整葉片的形狀。合適的電 活性聚合物例如公開于 WO 2005/086249、US 6，543，110、WO 2001/031715 和 DE 10 2004 043 403中。因此關(guān)于可用于本發(fā)明導(dǎo)向葉片的EAP材料可參考這些文獻(xiàn)。當(dāng)電壓施加于葉片中的EAP時(shí)，EAP改變其形狀，使得葉片彎曲并因此改變其拐折度和/或彎度?？赏ㄟ^施加相應(yīng)電平的電壓來直接激活EAP，從而避免使用加熱元件，進(jìn)一 步簡化了葉片特性的電子控制。使用EAP允許大量不同的構(gòu)造，其中一個(gè)或多個(gè)成形元件包含在葉片中。EAP可被 層壓到葉片基體，或者可被精細(xì)地分布在葉片材料中。EAP還可被包含作為囊狀元件、敷設(shè) 纖維或針織纖維?？赏ㄟ^導(dǎo)線或者通過使用導(dǎo)電葉片材料向EAP供應(yīng)電壓。總體而言，有兩組EAP可用于本發(fā)明的導(dǎo)向葉片，即離子EAP和介電EAP，在離子 EAP中，通過使離子在聚合物內(nèi)部位移來引起致動(dòng)，在介電EAP中，通過擠壓聚合物的兩個(gè) 電極之間的靜電力來引起致動(dòng)。如果離子EAP被用于葉片，那么本發(fā)明可得益于正確操作 所需的低電壓電平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大的彎曲位移。然而，使用介電EAP也是可能的。因此，本發(fā)明允許將葉片形狀變化所需的機(jī)械零件數(shù)量降低至最小，同時(shí)提供即 時(shí)的電子可控性，從而顯著地提高操作的可靠性并且簡化了本發(fā)明在壓縮機(jī)中的實(shí)際應(yīng) 用。本發(fā)明還可根據(jù)從屬權(quán)利要求中提供的特征被進(jìn)一步實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)口導(dǎo)向葉片包括固定部分，在向?qū)蛉~片施加電壓時(shí)該固定 部分維持其形狀。這種固定部分可通過將葉片的所述部分與施加的電壓隔離來實(shí)現(xiàn)，因此 在所述部分中不會(huì)產(chǎn)生成形，或者不同的尺寸穩(wěn)定的材料可用于該固定部分。在這樣的實(shí)施例中，固定部分可位于前側(cè)(前緣、上游邊緣)，或者可位于前側(cè)的 第一部分和后側(cè)(后緣、下游邊緣)的第二部分之間。所述第一和第二部分可以是包含電 活性聚合物材料的部分。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電活性聚合物的至少一部分可位于沿葉片的縱向方向延伸 的層中。因此，葉片區(qū)域的大部分可受到形狀控制的影響。這也允許在葉片的至少一個(gè)縱向側(cè)面用柔性涂層來覆蓋所述層。這樣，形狀設(shè)置 元件被保護(hù)不受外部影響和機(jī)械磨損。此外，針對葉片中的應(yīng)用(例如渦輪增壓器中的應(yīng) 用)可以優(yōu)化表面特性。柔性涂層因此可包括柔性金屬層和/或柔性聚合物層。在柔性涂 層包括吸聲材料層的實(shí)施例中，葉片可將形狀靈活性與噪音降低相結(jié)合。在實(shí)際的實(shí)施例中，所述層可被層壓到柔性涂層。進(jìn)口導(dǎo)向葉片可被構(gòu)造成使其面向壓縮機(jī)通道壁的表面具有大體上球形形狀。根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)口導(dǎo)向葉片的壓縮機(jī)。 根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)明提供了包括根據(jù)本發(fā)明及其實(shí)施例的壓縮機(jī)的渦輪增壓器。根據(jù) 權(quán)利要求14的發(fā)明提供了具有根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。


下面使用以下附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明及其實(shí)施例圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的示意縱剖面；圖2示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的示意縱剖面；圖3示出了第二實(shí)施例的側(cè)視圖，詳細(xì)示出了葉片的表面成形；以及圖4示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的示意縱剖面；圖5示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的示意縱剖面。
具體實(shí)施例方式圖1和2示出了本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的示意縱剖面，本發(fā)明可用于壓縮機(jī)，例 如渦輪增壓器的壓縮機(jī)。進(jìn)口葉片1包括剛性的結(jié)構(gòu)固定部分10，該結(jié)構(gòu)固定部分聯(lián)接到后部部分，后部 部分包括電活性聚合物(EAP)構(gòu)件12和由金屬或聚合物材料制成的柔性外皮14。在本實(shí) 施例中，EAP構(gòu)件12被層壓到外皮14，并且使用導(dǎo)線(未示出)來供應(yīng)電壓。導(dǎo)線可被引 導(dǎo)通過結(jié)構(gòu)固定部分10。替代地，結(jié)構(gòu)固定部分10本身可以是導(dǎo)電的，從而代替導(dǎo)線中的 一條或多條導(dǎo)線。如果該結(jié)構(gòu)固定部分代替多于一條導(dǎo)線，那么其將包括彼此電隔離的相 應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)電部分。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到的，在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，前部和后部分 別指的是上游邊緣和下游邊緣、或者前緣和后緣、流動(dòng)方向在附圖中從左到右，前部被顯示 為左側(cè)，后部被顯示為右側(cè)。類似地，圖2中示出的第二實(shí)施例的進(jìn)口葉片1’包括剛性的結(jié)構(gòu)固定部分10’，該 結(jié)構(gòu)固定部分聯(lián)接到后部部分，后部部分包括EAP構(gòu)件12’和由金屬或聚合物材料制成的 柔性外皮14’。同樣，在該實(shí)施例中，EAP構(gòu)件12’被層壓到外皮14’，并且使用導(dǎo)線來供應(yīng) 電壓。如第一實(shí)施例那樣，導(dǎo)線可被引導(dǎo)通過結(jié)構(gòu)固定部分，或者結(jié)構(gòu)固定部分可代替一條 或多條導(dǎo)線。然而，在葉片1’中，另外的前部部分被聯(lián)接到結(jié)構(gòu)固定部分10’。在該部分中，EAP 構(gòu)件16也被層壓到柔性外皮。該EAP構(gòu)件16也通過導(dǎo)線和/或結(jié)構(gòu)固定構(gòu)件10’來供應(yīng) 電壓。EAP層12、12’和16包含EAP材料或者由EAP材料構(gòu)成，并且設(shè)計(jì)成使得在可施 加到EAP層的特定電壓時(shí)獲得特定形狀。在本情況中，撓曲的具體度數(shù)與輸入電壓相關(guān)聯(lián)。 柔性外皮14和14’圍繞EAP構(gòu)件以保護(hù)EAP構(gòu)件不受外部影響和機(jī)械磨損。在實(shí)施例中，外皮14、14’不必與EAP構(gòu)件12、12’(類似地EAP構(gòu)件16)沿著整 個(gè)構(gòu)件長度直接接觸。如果EAP構(gòu)件和外皮僅在限定部分中直接接觸，那么就允許在改變 形狀(即，彎曲)時(shí)由于葉片的曲率和變化厚度產(chǎn)生的相對位移。此外，通過與EAP構(gòu)件的 限定部分的這種接觸，EAP構(gòu)件必須提供以便實(shí)現(xiàn)葉片彎曲的力被減小。代替一個(gè)整體EAP 構(gòu)件，如果聯(lián)接了多個(gè)條，例如達(dá)到12個(gè)條，使得所述條能夠相對于彼此滑動(dòng)，那么葉片的 特定彎曲所需的力或功率就被進(jìn)一步減小。圖3示出了根據(jù)第二實(shí)施例的葉片平面的側(cè)視圖。如圖可見，葉片的邊緣具有球 形形狀，使得球形壓縮機(jī)通道的葉片和壁之間的泄漏最小化。在20標(biāo)記的位置，葉片的形 狀調(diào)節(jié)部分構(gòu)造成使得球形形狀被保持，同時(shí)增加葉片拐折度/彎度。圖4和5分別示出了本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的示意縱剖面，本發(fā)明可用于渦 輪增壓器的消聲器。這些實(shí)施例的構(gòu)造大體上對應(yīng)于關(guān)于圖1和圖2描述的實(shí)施例的構(gòu)造。具體而 言，關(guān)于第一和第二實(shí)施例已經(jīng)討論的有關(guān)為EAP供應(yīng)電壓的內(nèi)容也適用于第三和第四實(shí) 施例。在圖4中示出的消聲器葉片3中，剛性部分30位于前部部分和后部部分之間，并 且連接到前部部分和后部部分，前部部分包括層壓到覆蓋層34的EAP層36，后部部分也包括層壓到覆蓋層34的EAP層32。關(guān)于第三和第四實(shí)施例的EAP層和覆蓋層之間的接觸區(qū)域，關(guān)于本發(fā)明第一和第 二實(shí)施例給出的細(xì)節(jié)也相應(yīng)地適用。在圖5中示出的消聲器葉片3’中，剛性部分30’形成葉片的電壓不變前部部分， 并且聯(lián)接到與葉片3的后部部分等效的后部部分。在第三和第四實(shí)施例的葉片3和3’中，覆蓋層34和34’的材料被選擇成均為葉 片提供吸聲特性并且是柔性的，因此，在噪音水平被降低時(shí)，EAP構(gòu)件在改變其自身形狀時(shí) 能夠影響葉片的總體形狀。此外，結(jié)構(gòu)固定部分30和30’可通過適當(dāng)?shù)牟牧线x擇而具有吸
聲性質(zhì)。因此，目前示出的系統(tǒng)以電子方式有效且可靠地改變?nèi)~片形狀，從而顯著地提高 操作的可靠性并且簡化其在渦輪增壓器中的實(shí)際應(yīng)用。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到的，本發(fā)明的進(jìn)口導(dǎo)向葉片及其實(shí)施例不限于渦輪 增壓器。本發(fā)明能夠以有益方式應(yīng)用于壓縮不同氣體(例如天然氣、氧氣、氮?dú)獾?的各種 類型的離心壓縮機(jī)。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于軸流壓縮機(jī)，在此情況下，第一排可變導(dǎo)向葉片 可配備本發(fā)明的技術(shù)，其中壓縮機(jī)工作溫度在EAP材料的工作溫度范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片(1、1’、3、3’)，所述葉片可調(diào)整以改變壓縮機(jī)中的氣體流動(dòng)特性，其特征在于導(dǎo)向葉片包括電活性聚合物(12、12’、16、32、32’、36)，所述電活性聚合物設(shè)置成使得在向?qū)蛉~片施加電壓時(shí)以特定方式調(diào)整葉片的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，包括固定部分(10、10’、30’、 30’)，在向?qū)蛉~片施加電壓時(shí)所述固定部分維持其形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，固定部分(10、30’)位于前側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，固定部分位于前側(cè)的第一部 分(16,36)和后側(cè)的第二部分(12、12，、32、32，)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，電活性聚合物的至 少一部分位于沿葉片的縱向方向延伸的層(12、12’、16、32、32’、36’)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，在葉片的至少一個(gè)縱向側(cè)面用 柔性涂層(14、14’、34、34’ )來覆蓋所述層
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，柔性涂層包括柔性金屬層和/或 柔性聚合物層(14、14’)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，柔性涂層包括吸聲材料層 (34,34')。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述層被層壓到柔 性涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，其特征在于，其面向壓縮機(jī)通 道壁的表面具有大體上球形形狀。
11.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的進(jìn)口導(dǎo)向葉片的壓縮機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓縮機(jī)，其特征在于，其構(gòu)造為離心壓縮機(jī)。
13.具有根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的壓縮機(jī)的渦輪增壓器。
14.具有根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。
全文摘要
一種用于壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片(1)，所述葉片可調(diào)整以改變壓縮機(jī)中的氣體流動(dòng)特性，其中導(dǎo)向葉片包括電活性聚合物(12)，所述電活性聚合物設(shè)置成使得在向?qū)蛉~片施加電壓時(shí)以特定方式調(diào)整葉片的形狀。
文檔編號F04D27/02GK101925746SQ200980102972
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者U·尼爾森 申請人:西門子公司