KR100467182B1 - 가변 노즐 기구의 노즐 개방도 규제 장치 및 그 제작 방법 - Google Patents

가변 노즐 기구의 노즐 개방도 규제 장치 및 그 제작 방법 Download PDF

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KR100467182B1
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

노즐 조립품 상태에서의 노즐 베인 전체 개방 위치 및 전체 폐쇄 위치의 조정을 불필요로 하고 또한 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 일 없이 노즐 베인 전체 개방 위치를 확실하게 설정 가능하게 하여 상기 노즐 베인의 과잉 개방도에 의한 터빈 휠 파손 사고 등의 문제점의 발생을 방지하는 가변 노즐 기구를 제공하기 위해, 복수의 노즐 베인의 노즐축부와 상기 노즐 구동 부재를 연결하여 상기 노즐 구동 부재에 의해 요동됨으로써 상기 노즐축부를 회전시키는 상기 노즐 베인과 동일 수의 연결 부재 중, 적어도 서로 이웃하는 2개의 상기 연결 부재에 상기 노즐 베인 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하고, 또한 상기 각 연결 부재 및 노즐 마운트에 상기 노즐 베인의 최소 개방도 위치에 있어서 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 최소 개방도 위치에 계지시키는 폐지측 계지면을 각각 형성한다.

Description

가변 노즐 기구의 노즐 개방도 규제 장치 및 그 제작 방법{Apparatus for Controlling Degree of Nozzle Opening of Variable Nozzle Mechanism and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 내연 기관의 과급기(배기 터보 과급기) 등에 이용되어, 작동 가스를 터빈 케이싱에 형성된 소용돌이형의 스크롤로부터 블레이드각을 가변하게 된 복수의 노즐 베인을 경유하여 터빈 회전자와 반경 방향으로 유동시켜 상기 터빈 회전자를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 흐름형의 가변 용량 터빈용 가변 노즐 기구의 노즐 베인의 전체 개방 및 전체 폐쇄 위치 규제 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
과급기 부착 내연 기관에 있어서는, 기관으로부터의 배기 가스 유량과 과급기의 가장 적절한 작동 조건이 되는 가스 유량과의 매칭을 이루기 위해, 소용돌이형의 스크롤로부터 터빈 회전자로 이송되는 배기 가스 유량을 기관의 운전 상태에 따라서 가변하게 하는 가변 용량 터빈을 구비한 과급기가 최근 많이 이용되고 있다.
이러한 가변 용량 터빈을 구비한 과급기는 작동기로부터 작동기 로드 및 구동 레버를 거쳐서 터빈 회전자의 회전 축심 주위로 회전 구동하게 되는 링 조립품에 의해 상기 노즐 베인을 회전시켜 그 블레이드각을 변화시키는 가변 노즐 기구를 구비하고 있다.
이와 같은 가변 노즐 기구 조립 및 조정 수단으로서, 일본 특허 제3085210호의 발명이 제공되어 있다.
이러한 발명에 있어서는 터빈 회전자의 회전 축심 주위로 회전 구동하게 되는 링 조립품과 노즐 베인과의 전체 폐쇄 상태의 설정을 행하는 데 있어서는 노즐 베인의 내주측에 상기 노즐 베인의 후방 모서리가 접촉 가능한 지그를 배치해 두고, 링크 플레이트의 원주 방향 복수 부위에 설치된 긴 홈 내에 끼워 맞추어지는 스톱퍼 핀이 없는 상태 혹은 상기 스톱퍼 핀이 기능하지 않는 상태로 하여 상기 노즐 베인을 지그에 접촉시키고, 위상 맞춤용 구멍과 맞춤 핀을 끼워 맞추어 링 조립품 전체를 완전한 전체 폐쇄 위상으로 하여, 노즐 베인과 레버 플레이트를 용접에 의해 고정 부착하고, 그후 스톱퍼 핀을 부착하고 있다.
또한, 상기 노즐 베인과의 전체 개방 위치는 상기 스톱퍼 핀이 상기 링크 플레이트의 긴 홈의 상기 전체 폐쇄측 모서리부와는 반대측의 모서리부에 접촉하는 위치로 규정하고 있다.
그러나, 상기 일본 특허 제3085210호의 발명에 있어서는 가변 노즐 기구에있어서의 노즐 베인의 전체 개방 상태 및 전체 폐쇄 상태의 설정을 상기 스톱퍼 핀이 상기 링크 플레이트의 긴 홈의 양단부측 모서리부에 접촉하는 위치로 규정하고 있으므로, 상기 스톱퍼 핀의 절단, 긴 홈의 마모나 균열 등이 발생했을 때에는 상기 노즐 베인이 필요 이상으로 개방되어 그 후방 모서리부가 터빈 휠(34)과 접촉하여 상기 터빈 휠(34)의 파손 사고를 유발한다.
이러한 문제점의 발생을 회피하기 위해서는, 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 것을 필요로 하여, 구조가 복잡화되는 동시에 부품 갯수가 증가한다.
또한, 이러한 종래 기술에 있어서는 노즐 베인의 전체 개방 상태 및 전체 폐쇄 상태의 설정을 상기 링크 플레이트의 긴 홈 내에 끼워 맞추게 되는 스톱퍼 핀이 기능하지 않는 노즐 베인 프리의 상태에서 노즐 베인을 지그에 접촉시키는 공정과, 이 상태에서 위상 맞춤용 구멍과 맞춤 핀을 끼워 맞추어 링 조립품 전체를 완전한 전체 폐쇄 위상으로 하여 노즐 베인과 레버 플레이트를 용접에 의해 고정 부착하여 스톱퍼 핀을 부착하는 공정의 2개의 공정이 필요하게 되는 동시에 조립용의 지그를 필요로 하여, 가변 노즐 기구의 조립, 조정 작업이 번거로워지고 또한 많은 작업 공정수를 필요로 해 비용이 상승하게 된다.
또한, 이러한 종래 기술에 있어서는 링크 플레이트의 원주 방향 복수 부위에 설치된 긴 홈 내에 스톱퍼 핀을 끼워 맞추어 링 위치 결정용 핀을 구비한 구조이므로, 구조가 복잡하고 부품의 종류 및 부품 갯수가 많아 부품 비용도 상승하게 되는 등의 문제점을 갖고 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 관한 가변 용량 터빈에 있어서의 가변 노즐 기구의 노즐 개방도 규제 장치의 정면도로 도4의 A-A 화살표도.
도2는 상기 노즐 개방도 규제 장치에 있어서의 전체 개방 위치 설정 기구의 부분 정면도.
도3은 상기 노즐 개방도 규제 장치에 있어서의 폐지측 위치 설정 기구의 부분 정면도.
도4는 상기 가변 노즐 기구의 회전 축심에 따른 단면도로, 도6의 Z부에 대응하는 도면.
도5의 (a)는 노즐 베인과 레버 플레이트와의 타원형 결합부의 사시도이고, 도5의 (b)는 노즐 베인과 레버 플레이트와의 반원형 결합부의 사시도.
도6은 본 발명이 적용되는 가변 용량 터빈 부착 과급기의 회전 축심에 따른 주요부 단면도.
도7은 상기 실시예에 있어서의 도4의 B 화살표도.
도8은 비교예를 도시한 도1의 대응도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 레버 플레이트
1b : 결합 구멍
1c : 홈부
1d : 구멍측 계지면
2 : 노즐 베인
02 : 노즐축
3 : 링크 플레이트
3a : 결합핀부
4 : 노즐 마운트
7 : 노즐 서포트
12 : 노즐 플레이트
20 : 근원부 계지면
21 : 단부 계지면
24 : 폐지측 계지면
25 : 노즐 마운트측 계지면
30 : 터빈 케이싱
33 : 터빈 회전자
033 : 회전자 샤프트
34 : 터빈 휠
35 : 압축기 휠
36 : 베어링 하우징
38 : 스크롤
040 : 작동기
40 : 작동기 로드
41 : 구동 레버
100 : 가변 노즐 기구
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제에 비추어, 노즐 조립품 상태에서의 노즐 베인 전체 개방 위치 및 전체 폐쇄 위치의 조정을 불필요로 하고, 또한 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 일 없이, 노즐 베인 전체 개방 위치를 확실하게 설정 가능하게 하여 상기 노즐 베인의 과잉 개방도에 의한 터빈 휠 파손 사고 등의 문제점의 발생을 방지하는 동시에, 상기 노즐 베인 전체 개방 위치 및 전체 폐쇄 위치의 조정 작업을 간단화하여 가변 노즐 기구의 조립, 조정 작업 공정수 및 조립, 조정 작업 비용을 저감하고, 또한 상기 전체 개방 위치 및 전체 폐쇄 위치 설정부의 구조를 간단화하여 부품의 종류 및 부품 갯수를 감소하여 부품 비용을 저감할 수 있는 가변 노즐 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해, 회전 가능하도록 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트 상에 지지되는 노즐축부들 상에 제공되는 동시에 터빈의 원주 방향에 따라 배치되고 베인 각이 변하는 다수의 가변 노즐 베인과, 작동기에 의해 터빈 축심 주위로 회전 가능하게 되어 상기 노즐 베인의 노즐축부를 회전 구동하는 환형의 노즐 구동 부재와, 상기 복수의 노즐 베인의 노즐축부와 상기 노즐 구동 부재를 연결하여 상기 노즐 구동 부재에 의해 요동됨으로써 상기 노즐축부를 회전시키는 상기 노즐 베인과 동일 수의 복수의 연결 부재를 구비한 가변 노즐 기구를 위한 노즐 개방도 규제 장치에 있어서, 적어도 서로 이웃하는 2개의 상기 연결 부재에 상기 노즐 베인의 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하여 이루어진다.
그리고, 상기 노즐 개방도 규제 장치의 구체적 구성에 있어서, 상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에는 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍이 형성되는 동시에 상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에는 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 구비한 결합축부가 형성되고, 상기 연결 부재의 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부는 서로 결합되어 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하고, 또한 상기 전체 개방측 계지면은 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 노즐축부의 축심 사이의 거리에 의해 설정된다.
또한 본 발명은, 상기 노즐 베인의 최소 개방 각도 위치에서 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 최소 개방 각도 위치에 계지시키는 폐지측 계지면을 상기 연결 부재 및 노즐 마운트 상에 각각 형성하여 이루어진다.
그리고, 이 노즐 개방도 규제 장치의 구체적 구성은 상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에는 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍이 형성되고, 상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에는 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 구비한 결합축부가 형성되고, 상기 연결 부재의 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부는 서로 결합되어 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하고, 또한 상기 폐지측 계지면은 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 노즐축부의 회전 축심 사이의 거리에 의해 설정된다.
그리고 이와 같은 가변 노즐 기구의 제작 방법은, 상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍을 형성하는 단계와, 상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 갖는 결합축부를 형성하는 단계와, 상기 연결 부재의 상기 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부를 서로 결합하여, 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하는 단계와, 적어도 서로 이웃하는 2개의 상기 연결 부재에, 상기 노즐 베인의 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하고, 상기 전체 개방 위치는 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 노즐축부의 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 단계와, 상기 노즐 베인의 최소 개방 각도 위치에서 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 최소 개방 각도 위치에 계지시키는 폐지측 계지면을 상기 연결 부재 및 상기 노즐 마운트 상에 각각 형성하고, 상기 폐지측 계지면은 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 노즐축부의 회전 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 단계를 포함한다.
이러한 발명에 따르면, 각 연결 부재(레버 플레이트)의 부착시에 서로 이웃하는 2개의 연결 부재에 형성된 2개의 전체 개방측 계지면을 접촉시키는 것만으로, 개별적으로 전체 개방 위치 규제 수단을 마련하는 일 없이 노즐 베인의 전체 개방 위치를 설정할 수 있으므로 노즐 베인의 전체 개방 위치의 설정을 매우 용이하게 행할 수 있고, 또한 상기 연결 부재의 폐지측 계지면을 노즐 마운트의 폐지측 계지면(노즐 마운트측 계지면)에 접촉시키는 것만으로 노즐 베인의 최소 개방도, 즉 사용 최소 개방도 위치 혹은 전체 폐쇄 위치를 설정할 수 있으므로, 가변 노즐 기구의 조립, 조정 작업이 간단화되어 작업 공정수 및 작업 비용이 저감된다.
또한 각 연결 부재(레버 플레이트) 자체에 노즐 베인의 전체 개방 위치 규제 기능 및 최소 개방도 위치 설정 기능을 갖게 하고 있으므로, 각별한 전체 개방 위치 규제용 부재 및 최소 개방도 위치 혹은 전체 폐쇄 위치 규제용 부재는 일절 불필요해지는 동시에 구조가 간단해져 부품의 종류 및 부품 갯수가 감소하여 부품 비용도 저감된다.
또한 본 발명에 따르면, 적어도 서로 이웃하는 2개의 각 연결 부재(레버 플레이트)에 노즐 베인 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하였으므로, 상기 각 연결 부재끼리가 부착 상태에서 상기 2개의 전체 개방측 계지면에서 평면 접촉함으로써, 종래 기술과 같이 스톱퍼 핀이나 긴 홈 등의 전체 개방 위치 설정 부재의 마모나 균열 등에 의한 노즐 베인 후방 모서리부와 터빈 휠과의 접촉에 수반하는 상기 터빈 휠의 파손 사고의 발생을 초래하는 일 없이 또한 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 일 없이 노즐 베인을 전체 개방 위치에 균등하고 또한 견고하게 계지하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 노즐 베인의 노즐축부가 고정된 상태의 각 연결 부재(레버 플레이트)를 부착할 때에, 각 연결 부재(레버 플레이트)가 전체 개방 위치 이상으로 개방되어 버리는 노즐 구동 부재(링크 플레이트)의 부착이 불가능해진다고 하는 사태의 발생이 회피되고, 각 연결 부재는 그 자체에 형성된 전체 개방측 계지면끼리의 접촉에 의해 상기 각 연결 부재의 전체 개방 위치 이상으로 개방하는 일 없이, 노즐 구동 부재(링크 플레이트)의 부착이 용이화되어, 이 점에서도 조립, 조정 공정수가 저감된다.
이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 수치, 재질, 형상, 그 상대 베치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 한정하려는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
도1은 본 발명의 실시예에 관한 가변 용량 터빈에 있어서의 가변 노즐 기구의 노즐 개방도 규제 장치의 정면도로 도4의 A-A 화살표도, 도2는 상기 노즐 개방도 제어 장치에 있어서의 전체 개방 위치 설정 기구의 부분 정면도, 도3은 상기 노즐 개방도 규제 장치에 있어서의 폐지측 위치 설정 기구의 부분 정면도, 도4는 상기 가변 노즐 기구의 회전 축심에 따른 단면도로 도6의 Z부에 대응하는 도면이다.도5의 (a) 및 도5의 (b)는 노즐 베인과 레버 플레이트와의 결합부의 사시도이다. 도6은 본 발명이 적용되는 가변 용량 터빈 부착 과급기의 회전 축심에 따른 주요부의 단면도이다. 도7은 상기 실시예에 있어서의 도4의 B 화살표도이다. 도8은 비교예를 도시한 도1의 대응도이다.
본 발명이 적용되는 가변 용량 터빈 부착 과급기의 전체 구조를 도시한 도6에 있어서 부호 30은 터빈 케이싱, 부호 38은 상기 터빈 케이싱(30) 내의 외주부에 소용돌이형으로 형성된 스크롤이다. 부호 34는 터빈 휠, 부호 35는 압축기 휠, 부호 033은 상기 터빈 휠(34)과 압축기 휠(35)을 연결하는 회전자 샤프트이고, 이들에 의해 터빈 회전자(33)를 구성한다. 부호 08은 상기 터빈 회전자(33)로 팽창 작업을 한 배기 가스를 과급기 밖으로 송출하기 위한 배기 가스 출구이다. 부호 31은 압축기 케이싱, 부호 36은 상기 압축기 케이싱(31)과 상기 터빈 케이싱(30)을 연결하는 베어링 하우징이다. 부호 37은 상기 베어링 하우징(36)에 부착되어 상기 터빈 회전자(33)를 지지하는 베어링이다.
도면 부호 2는 노즐 베인으로, 상기 스크롤(38)의 내주측에 터빈의 원주 방향 등간격으로 복수개 배치되는 동시에 이에 일체 형성된 노즐축(02)이 상기 터빈 케이싱(30)에 고정된 노즐 마운트(4)에 회전 가능하게 지지되어 그 블레이드각이 변화되도록 되어 있다.
도면 부호 40은 상기 노즐 베인(2)을 구동하는 작동기(040)의 출력단부인 작동기 로드로, 상기 작동기 로드(40)의 왕복 이동은 구동 레버(41)를 포함하는 공지의 링크 기구를 거쳐서 회전 운동으로 변환되어 후술하는 가변 노즐 기구(100)의링크 플레이트(3)에 전달되도록 되어 있다.
이러한 구성으로 이루어지는 가변 용량 터빈 부착 과급기에 있어서, 내연 기관(도시 생략)으로부터의 배기 가스는 상기 스크롤(38)로 들어가고, 상기 스크롤(38)의 소용돌이에 따라 주회하면서 노즐 베인(2)으로 유입한다. 그리고, 상기 배기 가스는 상기 노즐 베인(2)의 블레이드 사이를 통과하여 상기 터빈 회전자 휠(34)에 그 외주측으로부터 유입하고, 중심측을 향하는 반경 방향으로 흘러 터빈 회전자(33)에 팽창 작업을 행한 후, 축방향으로 유출되어 배기 가스 출구(040)로부터 과급기 밖으로 송출된다.
부호 100은 가변 노즐 기구로, 상기 작동기(040)로부터 작동기 로드(40) 및 구동 레버(41)를 포함하는 링크 기구를 거쳐서 상기 터빈 회전자(33)의 회전 축심(8) 주위로 회전 구동하게 되는 링크 플레이트(3)에 의해 상기 노즐 베인(1)을 회전시켜 그 블레이드각을 변화시키는 것이다.
다음에, 본 발명의 요지인 상기 가변 노즐 기구(100)에 있어서의 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치 및 전체 폐쇄 위치를 규제하는 노즐 규제 장치 및 제작 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예를 도시한 도1 내지 도5 및 도7에 있어서, 부호 3은 원판형으로 형성된 링크 플레이트로, 상기와 같이 작동기 로드(40)에 구동 레버(41)를 포함하는 링크 기구를 거쳐서 회전 축심(8) 주위로 회전 가능하게 연결되어 있다.
부호 4는 상기 터빈 케이싱(30)에 고정된 환형의 노즐 마운트, 부호 12는 원환형의 노즐 플레이트이다. 부호 7은 노즐 서포트로, 상기 노즐 마운트(4)와 노즐플레이트(12) 사이의 원주 방향을 따라 복수개 배치되어 상기 노즐 마운트(4)와 노즐 플레이트(12)를 고정하고 있다.
한편, 상기 노즐 베인(2)은 상기 노즐 마운트(4)와 노즐 플레이트(12) 사이에 있어서의 상기 노즐 서포트(7)의 내주측 부위에 배치되고, 이에 고정된[혹은 노즐 베인(2)과 일체인] 노즐축(02)이 상기 노즐 마운트(4)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
부호 1은 상기 링크 플레이트(3)와 각 노즐 베인(2)측의 노즐축(02)을 연결하는 연결 부재를 구성하는 레버 플레이트로, 상기 노즐 베인(2)과 동일 수 설치되고, 후술하는 수법에 의해 일단부측이 상기 노즐축(02)에 고정되고 타단부측이 상기 링크 플레이트(3)에 연결되어 있다.
도5의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 레버 플레이트(1)의 일단부측에는 상기 노즐축(02)으로의 결합 구멍(1b)이 관통 설치되어 있다. 상기 결합 구멍(1b)은 대향하는 2면에 평행한 구멍측 계지면(1d)을 갖는 타원 형상으로 형성되고, 혹은 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 반원형으로 커트된 결합 구멍(1b')의 일면에 축측 계지면(02b')에서 회전 비대칭을 위해 회전 정지 기능을 갖고 있다.
한편, 상기 노즐 베인(2)의 노즐축(02)의 축단부에는 상기 결합 구멍(1b)에 끼워 맞추어지는 결합축부(02a)가 형성되어 있다. 상기 결합축부(2a)에는 이것이 끼워 맞추어지는 상기 결합 구멍(1b)과 동일 형상의 타원 형상으로 형성되어 서로 평행한 축측 계지면(02b)이 형성되어 있는지, 혹은 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 반원형으로 커트되어 일면에 축측 계지면(02b')에서 회전 비대칭으로 형성되어 있다. 그리고 상기 레버 플레이트(1)와 노즐 베인(2)은 상기 축측 계지면(02b)을 상기 구멍측 계지면(1d)에 접촉시켜 결합축부(02a)를 결합 구멍(1b)에 끼워 맞춤으로써 회전 비대칭을 위해 회전 정지 기능을 갖고 상대 회전 불가능하게 끼워 맞추게 된다.
또한, 상기 결합축부(02a)를 결합 구멍(1b) 내에 끼워 맞춘 후는 상기 결합축부(02a)의 선단부를 결합 구멍(1b)의 모따기부(1a1)를 이용하여 상기 결합축부(02a) 축단부의 코오킹부(2a)가 레버 플레이트(1)의 측면(1a)으로부터 내측으로 돌출하지 않도록 코오킹 처리를 실시함으로써 빠짐 방지를 실시하고 있다.
또한, 상기 각 레버 플레이트(1)의 타단부측에는 도1, 도4 및 도7에 도시한 바와 같이 대략 반경 방향으로 홈부(1)를 형성하고 있다. 그리고 상기 링크 플레이트(3)의 레버 플레이트(1)측의 측면에는 상기 레버 플레이트(1)측을 향해 상기 레버 플레이트(1)와 동일 수의 결합 핀부(3a)가 돌출 설치되고, 상기 결합 핀부(3a)를 상기 홈부(1c)에 결합하고 있다.
그리고 상기 레버 플레이트(1)는 터빈의 축방향에 있어서 상기 노즐 마운트(4)와 링크 플레이트(3) 사이에 배치되고, 상기와 같이 일단부측, 즉 내주측이 상기 노즐축(02)에 고정되고 타단부측, 즉 외주측이 상기 링크 플레이트(3)의 결합 핀부(3a)에 연결된다.
상기 레버 플레이트(1)의 결합 구멍(1b)에 노즐 베인(2)의 결합축부(02a)를 끼워 맞추는 데 있어서는, 상기 결합 구멍(1b)의 상기 구멍측 계지면(1d)과 결합축부(02a)의 축측 계지면(02b)을 노즐 베인(2)의 블레이드각과 링크 플레이트(3)의 회전각이 소요의 관계가 되도록 기하학적으로 설정한 후에 접촉시켜 끼워 맞추고, 상기 결합축부(02a)의 선단부의 모따기부(1b1)를 이용하여 상기 결합축부(02a) 축단부의 코오킹부(2a)가 레버 플레이트(1)의 측면(1a)으로부터 내측으로 돌출하지 않도록 코오킹 처리를 실시함으로써 빠짐 방지를 실시하고 있다. 이에 의해, 상기 노즐 베인(2)의 블레이드각과 링크 플레이트(3)와의 관계 위치가 설정된다.
다음에, 상기와 같이 하여 레버 플레이트(1)의 결합 구멍(1b)에 상기 노즐축(02)의 결합축부(02a)를 고정함으로써, 상기 노즐 베인(2)의 블레이드각에 대한 상기 레버 플레이트(1)를 거쳐서의 링크 플레이트(3)의 위치 설정을 이룬 상태에서 상기 레버 플레이트(1) 자체에 다음과 같이 하여 2개의 전체 개방측 계지면[(A)(20), (B)(21)] 및 1개의 전체 폐쇄측 계지면(24)을 형성한다.
즉, 도2에 있어서, 원주 방향에 따라 등간격으로 배치되어 있는 상기 레버 플레이트(1) 중, 서로 이웃하는 2개의 레버 플레이트(1, 1)에 상기 레버 플레이트(1)의 상기 노즐 베인(2) 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉 가능한 2개의 전체 개방측 계지면[(A)(20), (B)(21)]을 형성한다.
상기 전체 개방측 계지면 중, 상기 레버 플레이트(1)의 단부에 형성되는 전체 개방측 계지면(B)(21)은 이것과 상기 결합 구멍(1b) 및 상기 결합축부(02a)의 결합 방향 중심선(101)과의 이루는 각도(α1)및 상기 전체 개방측 계지면(B)(21)으로부터 상기 노즐축(02)의 축심(23)까지의 거리(e1)를 상기 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치에 대응하는 값으로 설정하여 형성한다.
또한, 상기 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치에서 상기 전체 개방측 계지면(B)(21)과 접촉되는 상기 전체 개방측 계지면(A)(20)은 상기 레버 플레이트(1)의 근원부에 이것과 상기 결합 구멍(1b) 및 상기 결합축부(02a)의 결합 방향 중심선(101)과의 이루는 각도(α2) 및 상기 전체 개방측 계지면(A)(20)으로부터 상기 노즐축(02)의 축심(23)까지의 거리(e2)를 상기 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치에 대응하는 값으로 설정하여 형성한다. 또, D1은 노즐 베인(2)의 전체 개방시에 있어서의 후방 모서리부의 내경이다.
따라서, 상기 레버 플레이트(1)가 상기 노즐 베인(2) 개방 방향으로 이동하면, 상기 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치에 있어서 서로 이웃하는 2개의 레버 플레이트(1)에 형성된 상기 2개의 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]이 접촉함으로써 상기 링크 플레이트(3)를 거쳐서 원주 상의 모든 노즐 베인(2)이 균일하게 전체 개방 위치에 계지되게 된다.
또한, 상기 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]은 상기 실시예와 같이 서로 이웃하는 2개의 레버 플레이트(1)에 설치할 뿐만 아니라, 모든 레버 플레이트(1)를 포함하여, 4개 이상의 레버 플레이트(1)에 설치하는 것도 가능하다.
다음에, 도3에 도시한 바와 같이 상기 레버 플레이트(1)의 내주부에는 폐지측 계지면(24)이 형성되고, 상기 폐지측 계지면(24)은 상기 노즐 베인(2)의 최소 개방도 위치(전체 개방 위치에서도 사용 최소 개방도 위치에서도 좋음)에 있어서상기 노즐 마운트(4) 외주[D2는 노즐 마운트(4)의 외경]의 노즐 마운트측 계지면(25)에 접촉하도록 상기 폐지측 계지면(24)과 상기 결합 구멍(1b) 및 상기 결합축부(02a)의 결합 방향 중심선(101)과의 이루는 각도(α3) 및 상기 폐지측 계지면(24)으로부터 상기 노즐축(02)의 축심(23)까지의 거리(e3)를 설정한다.
이에 의해, 모든 레버 플레이트(1)의 폐지측 계지면(24)은 노즐 베인(2)의 최소 개방도 위치에 있어서 노즐 마운트측 계지면(25)에 균등하게 접촉되게 된다.
이러한 구성으로 이루어지는 가변 노즐 기구(100)를 구비한 가변 용량 터빈의 용량을 제어하는 데 있어서는 상기 작동기(040)에 대해 상기 노즐 베인(2)을 흐르는 배기 가스의 유량이 소요의 유량이 되는 상기 노즐 베인(2)의 블레이드각을 블레이드각 제어 수단(도시 생략)에 의해 설정한다. 이러한 블레이드각에 대응하는 작동기(040)의 왕복 변위는 작동기 로드(40), 구동 레버(41)를 포함하는 링크 기구에 의해 회전 운동으로 변환되어 상기 링크 플레이트(3)에 전달되고, 상기 링크 플레이트(3)가 회전 구동된다.
상기 링크 플레이트(3)의 회전에 의해, 상기 링크 플레이트(3)에 결합 핀부(3a)와 홈부(1c)와의 결합에 의해 연결되어 있는 상기 각 레버 플레이트(1)가 상기 링크 플레이트(3)의 회전에 의한 결합 핀부(3a)의 원주 방향 이동에 의해 상기 노즐축(02)의 축심 주위로 요동하게 되고, 각 레버 플레이트(1)의 요동에 의해 상기 노즐축(02)이 회전하게 되고, 이에 의해 노즐 베인(2)이 회전하여 상기 작동기(040)에서 설정된 블레이드각으로 변화하게 된다.
그리고, 상기 노즐 베인(2)의 블레이드각이 증대하여 전체 개방 위치로 오면, 서로 이웃하는 2개의 레버 플레이트(1)에 각각 형성된 상기 2개의 전체 개방측 계지면(A)(20)과 전체 개방측 계지면(B)(21)이 접촉하여 상기 레버 플레이트(1)의 요동이 계지되고, 이에 의해 상기 링크 플레이트(3)의 회전이 로크됨으로써 원주 상의 모든 노즐 베인(2)이 균일하게 전체 개방 위치에 계지된다.
또한 상기 노즐 베인(2)의 블레이드각이 최소 개방도가 되면, 상기 레버 플레이트(1)의 폐지측 계지면(24)이 상기 노즐 마운트(4)의 노즐 마운트측 계지면(25)에 접촉함으로써, 모든 노즐 베인(2)의 블레이드각은 최소 개방도로 균등하게 설정된다.
따라서 이러한 실시예에 따르면, 적어도 서로 이웃하는 2개의 각 레버 플레이트(1)(연결 부재)에 상기 노즐 베인(2) 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인(2)을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]을 형성함으로써 상기 각 레버 플레이트(1)끼리가 부착 상태에서 상기 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]에서 평면 접촉함으로써, 종래 기술과 같이 상기 스톱퍼 핀이나 긴 홈 등의 전체 개방 위치 설정 부재의 마모나 균열 등에 의한 상기 노즐 베인 후방 모서리부[전체 개방시의 노즐 베인 후방 모서리부 내경(D1)]와 터빈 휠과의 접촉에 의한 상기 터빈 휠의 파손 사고의 발생을 초래하는 일 없이, 또한 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 일 없이, 노즐 베인(2)을 전체 개방 위치에 균등하고 또한 견고하게 계지시킬 수 있다.
또한 각 레버 플레이트(1)의 부착시에 서로 이웃하는 2개의 각 레버 플레이트(1)(연결 부재)에 형성된 2개의 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]을 접촉시키는 것만으로, 개별적으로 전체 개방 위치 규제 수단을 마련하는 일 없이 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치를 설정할 수 있으므로 노즐 베인의 전체 개방 위치의 설정을 매우 용이하게 행할 수 있고, 또한 상기 레버 플레이트(1)의 폐지측 계지면(24)을 상기 노즐 마운트(4)의 노즐 마운트측 계지면(25)에 접촉시키는 것만으로 노즐 베인(2)의 최소 개방도를 설정할 수 있으므로, 가변 노즐 기구의 조립, 조정 작업이 간단화되어 작업 공정수 및 작업 비용이 저감된다.
또한 각 레버 플레이트(1) 자체에 노즐 베인(2)의 전체 개방 위치 규제 기능 및 최소 개방도 위치 설정 기능을 갖게 하고 있으므로, 각별한 전체 개방 위치 규제용 부재 및 최소 개방도 위치 혹은 전체 폐쇄 위치 규제용 부재는 일절 불필요해지는 동시에 구조가 간단하게 되어 부품의 종류 및 부품 갯수가 감소하여 부품 비용도 저감된다.
또한, 도8에 도시되는 비교예에 있어서는 레버 플레이트(1)에 상기 실시예와 같은 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]을 구비하지 않으므로, 노즐 베인(2)의 노즐축(02)이 고정된 상태의 레버 플레이트(1)를 부착할 때에, 각 레버 플레이트(1)의 전체 개방측의 규제가 없으므로, 상기 각 레버 플레이트(1)가 전체 개방 위치 이상으로 개방되어 버려 링크 플레이트(3)의 부착이 불가능해지는 경우가 있지만, 이러한 실시예에 있어서는 각 레버 플레이트(1)는 그 자체에 형성된 전체 개방측 계지면[(A)(20) 및 (B)(21)]끼리의 접촉에 의해 각 레버 플레이트(1) 전체 개방 위치 이상으로 개방하는 일이 없어, 링크 플레이트(3)의 부착이 용이화되어 조립, 조정 공정수가 저감된다.
이상 기재한 바와 같이 본 발명에 따르면, 각 연결 부재(레버 플레이트)의 부착시에 서로 이웃하는 2개의 연결 부재에 형성된 2개의 전체 개방측 계지면을 접촉시키는 것만으로, 개별적으로 전체 개방 위치 규제 수단을 마련하는 일 없이 노즐 베인의 전체 개방 위치를 설정할 수 있으므로 노즐 베인의 전체 개방 위치의 설정을 매우 용이하게 행할 수 있고, 또한 상기 연결 부재의 폐지측 계지면을 노즐 마운트의 폐지측 계지면(노즐 마운트측 계지면)에 접촉시키는 것만으로 노즐 베인의 최소 개방도, 즉 사용 최소 개방도 위치 혹은 전체 폐쇄 위치를 설정할 수 있으므로, 가변 노즐 기구의 조립, 조정 작업을 간단화할 수 있어 작업 공정수 및 작업 비용을 저감할 수 있다.
또한 각 연결 부재 자체에 노즐 베인의 전체 개방 위치 규제 기능 및 최소 개방도 위치 설정 기능을 갖게 하고 있으므로, 각별한 전체 개방 위치 규제용 부재 및 최소 개방도 위치 혹은 전체 폐쇄 위치 규제용 부재는 일절 불필요해지는 동시에 구조가 간단해져 부품의 종류 및 부품 갯수가 감소하여 비용도 저감된다.
또한, 적어도 서로 이웃하는 2개의 각 연결 부재(레버 플레이트)에, 노즐 베인 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성함으로써, 상기 각 연결 부재끼리가 부착 상태에서 상기 2개의 전체 개방측 계지면에서 평면 접촉함으로써, 종래 기술과 같이 전체 개방 위치 설정 부재의 마모나 균열 등에 의한 노즐 베인 후방 모서리부와 터빈 휠과의 접촉에 수반하는 상기 터빈 휠의 파손 사고의 발생을 초래하는 일 없이 또한 전용의 전체 개방측 스톱퍼를 설치하는 일 없이, 노즐 베인을 전체 개방 위치에 균등하고 또한 견고하게 계지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 노즐 베인의 노즐축부가 고정된 상태의 각 연결 부재(레버 플레이트)를 부착할 때에, 각 연결 부재가 전체 개방 위치 이상으로 개방되어 버려 노즐 구동 부재(링크 플레이트)의 부착이 불가능해진다는 사태의 발생이 회피되고, 각 연결 부재는 그 자체에 형성된 전체 개방측 계지면끼리의 접촉에 의해 상기 각 연결 부재의 전체 개방 위치 이상으로 개방되는 일이 없으며, 노즐 구동 부재(링크 플레이트)의 부착이 용이화되어 이 점에서도 조립, 조정 공정수를 저감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 회전 가능하도록 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트 상에 지지되는 노즐축부들 상에 제공되는 동시에 터빈의 원주 방향을 따라 배치되고 베인 각이 변하는 다수의 가변 노즐 베인과, 작동기에 의해 터빈 축심 주위로 회전 가능하게 되어 상기 노즐 베인의 노즐축부를 회전 구동하는 환형의 노즐 구동 부재와, 상기 노즐 베인의 복수의 노즐축부와 상기 노즐 구동 부재를 연결하여 상기 노즐 구동 부재에 의해 요동됨으로써 상기 노즐축부를 회전시키는 상기 노즐 베인과 동일 수의 복수의 연결 부재를 구비한 가변 노즐 기구를 위한 노즐 개방도 규제 장치이며,
    적어도 서로 이웃하는 2개의 상기 연결 부재에, 상기 노즐 베인의 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하여 이루어지는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에는 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍이 형성되고, 상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에는 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 구비한 결합축부가 형성되고, 상기 연결 부재의 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부는 서로 결합되어 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하고,
    상기 전체 개방측 계지면은 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 노즐축부의 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 장치.
  3. 회전 가능하도록 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트 상에 지지되는 노즐축부들 상에 제공되는 동시에 터빈의 원주 방향을 따라 배치되고 베인 각이 변하는 다수의 가변 노즐 베인과, 작동기에 의해 터빈 축심 주위로 회전 가능하게 되어 상기 노즐 베인의 노즐축부를 회전 구동하는 환형의 노즐 구동 부재와, 상기 노즐 베인의 복수의 노즐축부와 상기 노즐 구동 부재를 연결하여 상기 노즐 구동 부재에 의해 요동됨으로써 상기 노즐축부를 회전시키는 상기 노즐 베인과 동일 수의 복수의 연결 부재를 구비한 가변 노즐 기구를 위한 노즐 개방도 규제 장치이며,
    상기 노즐 베인의 최소 개방 각도 위치에서 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 최소 개방 각도 위치에 계지시키는 폐지측 계지면을 상기 연결 부재 및 노즐 마운트 상에 각각 형성하여 이루어지는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에는 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍이 형성되고, 상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에는 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 구비한 결합축부가 형성되고, 상기 연결 부재의 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부는 서로 결합되어 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하고,
    상기 폐지측 계지면은 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 노즐축부의 회전 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 장치.
  5. 회전 가능하도록 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트 상에 지지되는 노즐축부들 상에 제공되는 동시에 터빈의 원주 방향을 따라 배치되고 베인 각이 변하는 다수의 가변 노즐 베인과, 작동기에 의해 터빈 축심 주위로 회전 가능하게 되어 상기 노즐 베인의 노즐축부를 회전 구동하는 환형의 노즐 구동 부재와, 상기 노즐 베인의 복수의 노즐축부와 상기 노즐 구동 부재를 연결하여 상기 노즐 구동 부재에 의해 요동됨으로써 상기 노즐축부를 회전시키는 상기 노즐 베인과 동일 수의 복수의 연결 부재를 구비한 가변 노즐 기구의 제작 방법이며,
    상기 연결 부재의 상기 노즐축부로의 연결부에 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 구멍측 계지면을 갖는 모따기 가공된 결합 구멍을 형성하는 단계와,
    상기 노즐축부의 상기 연결 부재로의 연결부에 상기 구멍측 계지면에 대응하는 형상의 축측 계지면을 갖는 결합축부를 형성하는 단계와,
    상기 연결 부재의 상기 결합 구멍과 상기 노즐 베인 및 결합축부를 서로 결합하여, 상기 결합이 상기 결합 구멍과 상기 결합축부의 결합각 사이의 관계를 미리 설정하여 상기 구멍측 계지면과 축측 계지면의 접촉에 의해 상대적인 회전을 정지시키는 기능을 갖게 하는 단계와,
    적어도 서로 이웃하는 2개의 상기 연결 부재에, 상기 노즐 베인의 개방 방향으로의 이동에 의해 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 전체 개방 위치에 계지시키는 2개의 전체 개방측 계지면을 형성하고, 상기 전체 개방 위치는 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 전체 개방 위치에 있을 때의 상기 전체 개방측 계지면과 상기 노즐축부의 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 단계와,
    상기 노즐 베인의 최소 개방 각도 위치에서 서로 접촉하여 상기 노즐 베인을 최소 개방 각도 위치에 계지시키는 폐지측 계지면을 상기 연결 부재 및 상기 노즐 마운트 상에 각각 형성하고, 상기 폐지측 계지면은 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 결합 구멍 및 상기 결합축부의 결합선이 이루는 각도, 및 상기 노즐 베인이 최소 개방 각도 위치에 있을 때의 상기 폐지측 계지면과 상기 노즐축부의 회전 축심 사이의 거리에 의해 설정되는 단계를 포함하는 방법.
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