KR100538964B1

KR100538964B1 - 고속터보 엔진용 압축기 임펠러 체결기구

Info

Publication number: KR100538964B1
Application number: KR1019980037539A
Authority: KR
Inventors: 요세프 베티히; 알프레트 뮐러
Original assignee: 에이비비 슈바이쯔 아게
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2006-02-28
Also published as: CZ292598A3; KR19990029728A; CN1212320A; EP0903465B1; JP4089802B2; EP0903465A1; CN1304731C; CZ293545B6; US6012901A; JPH11148492A; DE59710695D1

Abstract

본 발명의 목적은 더욱 정밀한 동심성을 가지면서 안전하고 재생가능한 고속 터보 엔진용 압축기 임펠러 체결구조를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 허브 콘 (9) 및 축 콘 (11) 각각은 평균 직경 (23, 24) 을 갖고, 이러한 평균 직경 (23, 24) 은 압축기 임펠러 (4) 의 중력의 질량 중심 (14) 으로부터 축선방향 거리 (25) 에 배열되며, 상기 거리는 평균 직경 (23, 24) 의 절반 이상에 해당한다. 허브 콘 (9) 의 축 측부상에서, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 은 적어도 부분적으로 원통형 구멍 (16) 으로 되어 있다.

Description

고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구 {COMPRESSOR IMPELLER FASTENING FOR HIGH SPEED TURBOENGINE}

본 발명은 청구항 1 의 서문에 따른 고속 터보엔진용 압축기 임펠러의 체결기구 (compressor impeller fastening) 에 관한 것이다.

터보엔진의 압축기 임펠러는 그 구동축에 확실연결 (마찰 접속식 연결) 또는 비확실연결 (형상 접속식 연결) 되어 있다. 압력비를 상승시키고, 또한 작동 토크 및 원주속도 (circumferential speed) 를 상승시키는 경우에는 확실한 토크 전달, 즉 압축기 임펠러의 확실한 샤프트/허브 연결이 효과적이다.

EP 0,522,630 B1호에는 다중 스플라인 샤프트에 의해 만들어진 압축기 임펠러 확실 체결기구가 기재되어 있다. 이 구성에서, 샤프트/허브 연결의 수명은 암 스플라인 (female spline) 에 의해 만들어진 노치 (notch)로 인해 제한된다. 더욱이, 부가적인 중심맞춤 부재가 필요하게 되어, 압축기 임펠러의 비용 상승을 초래한다. 다중스플라인 샤프트의 제조와 관련된 부정확성으로 인해, 이러한 샤프트/허브 연결은 항상 하나의 유니트로써 균형이 이루어져야 하고, 동일한 재조립을 목적으로 부품들이 구분되어야 한다. 따라서, 압축기 임펠러와 서로 균형이 맞지 않는 또 다른 샤프트를 갖는 압축기 임펠러는 사용될 수 없다. 아무래도, 이것은 수리가 필요할 경우에는 결정적인 단점이 된다.

나사에 의한 확실 압축기 임펠러 체결기구가 US 3,961,867호와 WO 93/022778호 양자에 공지되어 있다. 마찬가지로, 이러한 경우에도 나사의 제조와 관련된 부정확성이 단점이 된다. 더욱이, 압축기 임펠러에서 발생하는 높은 작동 토크는 높은 상승 토크 및 방출 토크를 필요로 한다. 특히 큰 압축기 임펠러가 관련되었을 때는 분리에 필요한 방출 토크가 작동 토크의 2배에 달한다. 그러한 힘은 오직 특정 공구 또는 스텝-업 기어 (step-up gear) 에 의해 가해질 수 있다. 하지만, 이것은 압축기 임펠러를 분리하는데 필요한 경비를 상당히 증가시킨다. 나사에 의한 압축기 임펠러 체결기구에 나타나는 또 다른 단점은 압축기 임펠러가 장착될 때, 허브 나사의 영역이 단부 위치에 도달할 때까지 샤프트 나사와 먼저 접촉하는 이러한 허브 나사의 영역이 샤르트 나사상의 비교적 긴 거리를 커버해야 한다는 점이다. 결합된 나사가 어떤 틈도 포함하고 있지 않기 때문에, 개개의 나사부 사이에서, 즉 어떤 윤활제도 없는 영역에서서 비교적 높은 압력이 존재하게 된다. 따라서, 소위 나사의 스코링 (scoring) 또는 변형이 발생해서, 각각 새로운 장착 작업을 실행하면 상이한 결과가 획득된다. 결과적으로, 이러한 연결은 반복적으로 실행하기에 충분치 못하다. 더욱이, 이러한 구성은 막힌 구멍을 갖는 압축기 임펠러에 관한 것인데, 압축기 임펠러의 샤프트/허브 연결에 관해서는, 이러한 압축기 임펠러는 관통 구멍을 갖는 압축기 임펠러에 견줄 수 없다.

Fortuna-Werke Maschinenfabrik AG, Stuttgart-Bad Cannstatt의 “다각형 연결부 사용에 관한 자료” (Information on the use of Polygonal connections) 에 따라, 냉각 시스템의 송풍기용 스퍼 피니언 샤프트 (spur pinion shaft) 및 압축기 임펠러가 공지되어 있다. 압축기 임펠러가 회전가능하도록 샤프트에 고정 연결하기 위해서, 두 개의 부재는 다각형 베이스 영역을 갖는 원뿔형 윤곽을 갖고, 샤프트 콘은 샤프트 단부상에 배열되어 있다. 샤프트 콘 및 허브 콘, 다시 말해서 샤프트 및 압축기 임펠러의 실제 연결점이 압축기 임펠러의 후방 벽의 압축기측에 배열됨으로써, 결과적으로 압축기 임펠러의 무게중심에 위치된다. 터보차저 작동시, 이러한 최대 응력 집중 영역은 반드시 최대로 팽창하게 되어, 압축기 임펠러의 상승하는 원주속도로 인해 연결 안정성이 저하된다. 예를 들어, 터보차저와 같은 고속 터보 엔진은 500m/s 이상의 원주속도에 도달한다. 이러한 종류의 원주속도는 토크 전달 및 샤프트/허브 연결 안전성의 필요를 더욱 높이 요구하고 있다. 종래의 기술 상태로서는 이러한 요구를 만족시킬 수 없다.

본 발명은 이러한 단점들을 극복하려는 것이다. 따라서, 본 발명의 일 목적은 향상된 토크 전달을 실행하면서, 새롭고 안전하며, 재생가능한 고속 터빈엔진용 압축기 임펠러 체결기구를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 압축기 임펠러의 관통 구멍에 배열된 허브 콘과 거기에 각각 해당하는 샤프트 콘 양자가 평균 직경을 갖고, 이러한 평균 직경은 압축기 임펠러의 무게중심으로부터 축선방향 거리에 배열되며, 상기 거리는 평균 거리의 절반 이상에 해당하도록 되어 있다. 이러한 경우에, 허브의 관통 구멍은 적어도 부분적으로 원통형 구멍으로서 허브 콘의 샤프트 측에 배열된다.

본 배열에서, 허브 콘 및 샤프트 콘, 즉 실제 체결기구 부재가 압축기 임펠러의 무게중심 외부로 위치된다. 따라서, 이러한 압축기 임펠러의 체결기구 영역에서는 원심력 또는 열팽창에 의해 발생되는 대체로 낮은 응력이 명백히 나타나므로, 허브 콘의 확장부는 현저히 감소될 수 있다. 따라서, 고속 회전에서조차 안전한 압축기 임펠러 체결기구가 제조될 수 있다. 샤프트 측으로 배열된 원통형 구멍은 압축기 임펠러용 중심맞춤 시트로서 작용한다.

특히 바람직하게는, 허브의 관통 구멍이 적어도 부분적으로 원통형 구멍으로서 허브 콘의 양측에 배열되고, 제 2 원통형 구멍, 즉 압축기측의 일 구멍은 장착 보조물을 구성한다.

제 1 실시예에서, 압축기 임펠러는 샤프트 저널을 위한 체결 부시를 갖고, 상기 부시는 샤프트 측의 상기 임펠러의 후방 벽에 인접해 있다. 이러한 경우에, 허브 콘은 체결 부시에 배열되고, 원통형 구멍은 양측, 즉 허브 콘의 압축기측과 샤프트 측에 배열된다. 내장된 터보차저에 특히 적절한 이러한 구성에 의해, 압축기 임펠러의 무게중심과 체결 부재간의 거리는 더욱 증가될 수 있다. 이에 따라, 전혀 위험 없이 고속 회전을 가능하게 하는 개량된 압축기 임펠러 체결기구가 획득된다.

바람직하게는, 평면이 허브의 샤프트 측의 체결 부시에 제공되고, 이에 대응하는 평면형상 정지부가 샤프트에 제공된다. 이는, 압축기 임펠러의 충분한 축방향 위치결정 및 양호한 동심 회전 정밀도를 달성하게 한다.

샤프트 저널은 두 부분 이상으로 이루어지고, 샤프트 콘 및 중심맞춤 시트, 즉 샤프트 측면상의 원통형 구멍과 맞춰지는 샤프트 칼라로 구성된다. 선택적으로, 두 부분으로 이루어진 설계에서는 샤프트 저널이 세 부분 이상이 될 수도 있다. 이러한 목적으로, 압축기 임펠러가 샤프트 저널상에 위치될 때, 샤프트 저널은 압축기 임펠러를 사전 중심맞춤하도록 작용하는 원통형 샤프트 단부를 부가적으로 갖는다. 이러한 사전 중심맞춤 (precentering) 의 결과로, 압축기 임펠러가 장착될 때, 서로에 대한 샤프트 콘 및 허브 콘의 반경방향 변위가 발생하지 않아, 실제 체결 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 결과적으로 개량된 샤프트/허브 연결이 가능해서, 압축기 임펠러의 수명이 증가하게 된다.

장착/분리 공구용 하나 이상의 수용장치가 압축기 임펠러의 관통 구멍 및 샤프트 저널 각각에 배열되어 있다. 그럼으로써 압축기 임펠러는 압축기측으로부터 비교적 쉽게 장착 및 분리될 수 있다. 특히 바람직하게는, 샤프트 저널의 수용장치는 샤프트 단부에 배열되지만, 두 부분의 샤프트 저널인 경우에는 샤프트 콘에 배열된다. 수용 장치는 암나사부로 되어 있고, 샤프트 단부 또는 샤프트 콘의 암나사부는 허브의 암나사부보다 작다. 장착/분리 공구는 상이한 피치로 된 두 개의 수나사부를 갖는 차동 스크류로 되어 있다. 이러한 경우에, 낮은 피치를 갖도록 된 수나사부는 허브의 암나사부와 맞물리도록 되어 있고, 높은 피치를 갖도록 된 수나사부는 샤프트 단부 또는 샤프트 콘의 암나사부와 맞물리도록 되어 있다.

차동 스크류 또는 그 차동 나사는 장착/분리용 공구로서, 또한 축선방향으로 압축기 임펠러를 샤프트에 확보하도록 작용한다. 따라서, 부가적 장착/분리 공구가 필요하지 않다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 허브 콘은 압축기 임펠러의 무게중심의 측부에 배열된다. 그럼으로써 압축기 임펠러는 만약 허브 콘이 무게중심에 배열되어 있을 때 보다 원심력 또는 열팽창에 의해 더욱 적은 응력을 받도록 되어 있다. 터보차저의 외부 장착을 위해 특히 적절한 이러한 구성에서, 허브 콘의 확장부는 최대로 감소될 수 있어서, 압축기 임펠러의 결합 구조는 더욱 향상될 수 있다. 더욱이, 짧아진 전체 축선방향 길이가 획득된다.

본 구성에서, 무게중심의 압축기 측부의 허브상에 평면이 제공되고, 샤프트는 이에 대응하는 평면형상 정지부를 갖는다. 다른 영역과 비교할 때, 최저 온도가 압축기 임펠러의 이러한 영역에 발생하여, 축방향 열팽창으로 인한 높은 표면 압력은 발생되지 않는다. 따라서, 샤프트/허브 연결의 수명이 증가될 수 있다.

본 발명의 더욱 완전한 이해 및 수반하는 많은 장점들이 첨부 도면과 연계해서 하기 상세한 설명을 참조함으로써 점차적으로 이해될 것이다.

본 발명을 이해하는데 필수적인 부재만이 도시되어 있다. 도시되지 않은 설비의 부분으로서는, 예를 들어 배기 가스 터보차저의 터빈측 및 그에 연결된 내연기관이다.

지금부터 도면에 대해 살펴보면, 동일한 도면 부호는 여러 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 또는 대응 부분을 나타내며, 배기 가스 터보차저는 공통의 샤프트 (2) 에 배열된 레이디얼 압축기 (radial compressor) 로서의 압축기 (1) 및 배기 가스 터빈 (도시되지 않음) 으로 주로 구성되어 있다. 레이디얼 압축기 (1) 는 압축기 임펠러 (4) 가 샤프트 (2) 에 회전가능하게 장착된 압축기 하우징 (3) 을 갖는다. 압축기 임펠러 (4) 는 복수개의 가동 블레이드 (5) 가 장착된 허브 (6) 를 갖는다. 샤프트 (2) 의 샤프트 저널 (7) 을 수용하는 중앙의 관통 구멍 (8) 은 허브 (6) 에 형성되어 있다 (도 1). 관통 구멍 (8) 은 다각형 베이스 영역 (10) 을 갖는 허브 콘 (9) 으로 부분적으로 되어 있다 (도 2). 샤프트 저널 (7) 은 샤프트 콘 (11) 을 수용하고, 이 샤프트 콘은, 허브 콘 (9) 에 대응하고, 또한 마찬가지로 다각형 베이스 영역 (12) 을 자체적으로 갖는다.

압축기 임펠러 (4) 의 허브 (6) 는 샤프트측에 후방 벽 (13) 이 장착되어 있다. 압축기 임펠러 (4) 는 후방 벽 (13) 의 압축기 측에 무게중심 (14) 을 갖는다. 허브 콘 (9) 의 양측에서 관통 구멍 (8) 은 원통형 구멍 (15, 16) 으로 되어 있다. 이러한 두 개의 구멍 (15, 16) 은 관통 구멍 (8) 의 축선 (17) 에 대해 동일한 축선방향에 있다.

물론, 본 발명에 따른 구성은 (도시되지 않은) 축류 압축기 (axial compressor) 로 구성된 압축기 (1) 를 갖는 배기 가스 터보차저의 경우에서도 사용될 수 있다.

첫 번째 실시예에서, 배기 가스 터보차저는 내부 장착물, 즉 축선방향/반경방향 베어링 (19) 을 갖는 베어링 하우징 (18) 을 갖고, 이러한 베어링 하우징에서 샤프트 (2) 는 회전가능하게 장착되고, 터빈 또는 이 터빈의 하우징 (도시하지 않음) 과 압축기 하우징 (3) 사이에 배열되어 있다. 샤프트 저널 (7) 을 위한 체결 부시 (bush, 20) 는 샤프트측의 허브 (6) 의 후방 벽 (13) 에 인접해 있다. 체결 부시 (20) 가 평면 (21) 에서 끝나는 반면에, 샤프트 (2) 는 이에 대응하는 평면형상 정지부 (22) 를 갖는다. 허브 콘 (9) 과 샤프트 콘 (11) 양자는 체결 부시 (20) 에 배열되어 있다. 상기 허브 콘과 샤프트 콘은 각각 평균 직경 (23, 24) 을 가지며, 압축기 임펠러 (4) 의 무게중심 (14) 으로부터 축선방향 거리 (25) 에 배열되어 있고, 상기 거리는 상기 평균 거리 (23, 24) 의 절반 이상에 해당한다. 각각의 경우에, 원통형 구멍 (15, 16) 중의 하나가 허브 콘 (9) 의 측부에 이루어져 있다.

축선방향/반경방향 베어링 (19) 은 스크류 (26) 에 의해 베어링 하우징 (18) 에 고정되어 정지해 있는 베어링 몸체 (27) 와, 회전에 대해 샤프트 (2) 에 고정 연결된 베어링 콤 (bearing comb, 28) 으로 구성되어 있다. 축선방향/반경방향 베어링 (19) 은 중간 부재 (29) 에 의해 압축기 임펠러 (4) 에 대해 막혀있고, 이 중간 부재는 보조 베어링 디스크로 되어 있고 또한 압축기 측에 체결 부시 (20) 를 위한 다른 정지부 (30) 를 갖는다. 베어링 하우징 (18) 과 압축기 하우징 (3) 사이에는 중간 벽 (31) 이 배열되어, 이 중간 벽은 결합 스크류 (32) 에 의해 베어링 하우징 (18) 에 고정된다. 중간 벽 (31) 은 압축기 임펠러 (4) 의 허브 (6) 의 체결 부시 (20) 를 수용하고, 예를 들어 래비린스 실 (labyrinth seal)(도시되지 않은) 에 의해 상기 부시에 대해 밀봉된다.

샤프트 저널 (7) 은 세 부분, 즉 원통형 샤프트 단부 (33), 샤프트 콘 (11) 및 샤프트 (2) 에 인접한 원통형 샤프트 칼라 (34) 로 구성되어 있다. 샤프트 콘 (11) 은 샤프트 단부 (33) 측에서 최소 직경을 갖는다 (도 1).

샤프트 저널 (7) 의 샤프트 단부 (33) 와 허브 (6) 의 둘 다에는, 각각의 경우에 압축기 측 단부에, 압축기 임펠러 (4) 를 장착/분리하는 공구 (37) 용 암나사부로 된 수용 장치 (35, 36) 가 제공되고, 상기 공구 (37) 는 차동 스크류로 되어 있다. 더욱이, 샤프트 단부 (33) 의 암나사부 (35) 는 허브 (6) 의 암나사부 (36) 보다 작게되어 있다. 차동 스크류 (37) 는 상이한 크기 및 상이한 피치로 된 두 개의 수나사부 (38, 39) 를 갖는다. 큰 수나사부 (38) 는 작은 피치를 가지며, 허브 (6) 의 암나사부 (36) 와 맞물리는 반면에, 큰 피치를 갖는 작은 수나사부 (39) 는 샤프트 단부 (33) 의 암나사부 (35) 와 상호 작동한다. 또한, 차동 스크류 (37) 는 작동 부재 (도시되지 않은) 를 위한 수용부 (receptacle, 40) 를 가지며, 상기 수용부는 6각형 소켓으로 되어 있다.

물론, 큰 수나사부 (38) 가 큰 피치를, 작은 수나사부 (39) 가 작은 피치를 갖도록 해서, 장착시 도 1 에 도시된 바와 반대 방향으로 장착/분리 공구 (37) 를 회전시킬 필요가 있을 수도 있다. 물론, 압축기 임펠러 (4) 를 위한 다른 장착/분리 공구, 즉 유압기구가 사용될 수도 있다.

압축기 임펠러 (4) 가 장착될 때, 먼저 차동 스크류 (37) 가 압축기 임펠러 (4) 내로 거의 1/3정도 나사결합된다. 차동 스크류 (37) 가 샤프트 단부 (33) 의 암나사부 (35) 상의 작은 수나사부와 맞닿을 때까지, 압축기 임펠러 (4) 는 계속해서 원통형 샤프트 단부 (33) 에 걸쳐 밀어 넣어진다. 그럼으로써, 작동기 임펠러 (4) 의 평면 (21) 이 정지부 (30) 상에 놓일 때까지, 차동 스크류 (37) 는 작동 부재의 도움으로 회전하게 된다. 이때, 축선방향/반경방향 베어링 (19) 의 베어링 면으로 작용하는 보조 베어링 디스크 (29) 는 역추진 (reverse thrust) 시 샤프트 (2) 의 평면형상 정지부 (22) 와 압축기 임펠러 (4) 의 평면 (21) 사이에 고정된다. 압축기 임펠러 (4) 가 수나사부 (38, 39) 의 상이한 피치를 경유해서 빠져나오는 동안, 수나사부 (38, 39) 의 상이한 직경으로 인해, 결국 나사에 손상을 가하는 차동 스크류 (37) 의 부정확한 장착을 처음부터 방지할 수 있다. 배기 가스 터보차저가 작동되더라도, 차동 스크류 (37) 는 관통 구멍 (8) 에 남아있어서, 부가적으로 압축기 임펠러 (4) 를 축선방향으로 고정한다. 이런 목적을 위해, 압축기 임펠러 (4) 가 장착된 후에, 작동 부재는 차동 스크류 (37) 의 6각형 소켓 (40) 으로부터 제거된다. 압축기 임펠러 (4) 는 역순으로 분리된다.

제 2 실시예에 따라, 마찬가지로 배기 가스 터보차저는 내부 장착물을 갖는다. 하지만, 제 1 실시예와 대조적으로, 샤프트 저널 (7) 은 단지 두 개의 부분, 즉 샤프트 콘 (11) 및 샤프트측의 원통형 구멍 (16) 에 대응하는 샤프트 칼라 (34) 로 구성되어 있다 (도 3). 이러한 경우에, 암나사부로 된 수용장치 (35) 는 샤프트 콘 (11) 내측에 배열되고, 이러한 이유로, 장착/분리 공구 (37'), 즉 신장된 차동 스크류가 사용된다. 따라서, 압축기 임펠러 (4) 를 체결하기 위한 선택적 변형예가 사용가능하고, 장착/분리는 제 1 실시예와 동일한 방법으로 실행된다.

제 3 실시예에서, 배기 가스 터보차저는 압축기 임펠러 (4) 의 상류측에 배열된 외부 장착물을 갖고, 이러한 장착물에서 오직 실 (41) 과 베어링 하우징 (18') 만이 도시되어 있다. 허브 콘 (9) 및 샤프트 콘 (11) 양자는 압축기 측의 압축기 임펠러 (4) 의 단부에 제공되어 있다. 허브 (6) 의 두 개의 원통형 구멍 (15, 16) 은 허브 콘 (9) 의 샤프트측에 배열된다. 이들 원통형 구멍은 동일한 직경을 갖고, 압축기 임펠러 (4) 의 무게중심 (14) 에서 합쳐진다. 샤프트 저널 (7) 은 세 개의 부분, 즉 나사가공된 부시로 이루어진 장착/결합 부재(37'') 를 수용하기 위한 원통형 샤프트 단부 (33'), 샤프트 콘 (11) 및 샤프트 (2) 에 인접한 원통형 샤프트 칼라 (34') 로 구성되어 있다. 따라서, 제 1 실시예와 대조적으로, 샤프트 칼라 (34') 가 허브 (6) 의 두 개의 원통형 구멍 (15, 16) 과 맞춰진다. 허브 콘 (9) 의 샤프트측에서, 허브 (6) 는 샤프트 칼라 (34') 의 대응 평면형상 정지부 (22') 와 상호 작동하는 평면 (21') 을 갖는다 (도 4).

장착을 위해서는, 우선 압축기 임펠러 (4) 가 샤프트 저널 (7) 상으로 밀어 넣어진 후, 나사가공된 부시 (37'') 에 의해 샤프트 콘 (11) 상으로 끌어당겨진다. 평면 (21') 이 평면형상 정지부 (22') 와 접촉할 때, 필요한 샤프트/허브 연결이 이루어지게 된다.

명확하게, 본 발명의 다양한 적용예 및 변형예가 전술한 관점에서 가능하다. 따라서 첨부 도면의 범위내에서 본 명세서에 기술된 바와 다르게 실행될 수도 있다.

본 발명에 따라, 허브 콘 (9) 및 샤프트 콘 (11) 각각은 평균 직경 (23, 24) 을 갖고, 이러한 평균 직경 (23, 24) 은 압축기 임펠러 (4) 의 무게중심 (14) 으로부터 축선방향 거리 (25) 에 배열되며, 상기 거리는 평균 직경 (23, 24) 의 절반 이상에 해당하고, 허브 콘 (9) 의 샤프트측에서, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 은 적어도 부분적으로 원통형 구멍 (16) 으로 되어, 더욱 정밀한 동심성을 가지면서 안전하고 재생가능한 고속 터보 엔진용 압축기 임펠러 체결기구를 제공한다.

도 1 은 압축기 임펠러 영역에서, 내장된 배기 가스 터보차저의 부분 종단면도.

도 2 는 샤프트 콘 영역에서, 도 1 에 따라 압축기 임펠러의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 내장된 배기 가스 터보 차저의 부분 종단면도.

도 4 는 압축기 임펠러 영역에서, 외장된 배기 가스 터보차저의 부분 종단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 압축기 2: 샤프트

3: 압축기 하우징 4 : 압축기 임펠러

5: 가동 블레이드 6: 허브

7: 샤프트 저널 8: 관통 구멍

9: 허브 콘 10: 허브 콘의 다각형 베이스 영역

11: 샤프트 콘 12: 샤프트 콘의 다각형 베이스 영역

13: 허브의 후방벽

14: 압축기 임펠러의 무게중심

15: 원통형 구멍

16: 원통형 구멍

17: 축선 18: 베어링 하우징

19: 축선방향/반경방향 베어링 20: 체결 부시

21: 평면 22: 평면형상 정지부

23: 허브 콘의 평균 직경

24: 샤프트 콘의 평균 직경

25: 축선방향 거리

26: 스크류 27: 베어링 몸체

28: 베어링 콤

29: 중간 부재 (또는 보조 베어링 디스크)

30: 정지부

31: 중간 벽 32: 체결 스크류

33: 샤프트 저널의 원통형 샤프트 단부

34: 원통형 샤프트 칼라 35, 36: 수용장치 (또는 암나사부)

37: 장착/분리 공구 (또는 차동 스크류)

37': 장착/분리 공구 (또는 차동 스크류)

37": 장착/체결 부재 (또는 나사가공된 부시)

Claims

복수개의 가동 블레이드 (5) 가 장착되고 후방 벽 (13) 을 갖도록 구성된 허브 (6) 를 구비하며, 또한 상기 후방 벽 (13) 의 압축기 측에서 무게중심 (14) 을 가지며 샤프트 (2) 에서 체결되는 압축기 임펠러 (4) 를 구비하며,

상기 허브 (6) 에는 상기 샤프트 (2) 의 샤프트 저널 (7) 을 수용하기 위한 중앙 관통 구멍 (8) 이 제공되어 있으며, 상기 중앙 관통 구멍 (8) 은 적어도 부분적으로 다각형 베이스 영역 (10) 을 갖는 허브 콘 (9) 으로 이루어지고,

상기 샤프트 저널 (7) 은 상기 허브 콘 (9) 과 상호 작용하는 샤프트 콘 (11) 을 가지며,

상기 샤프트 콘 (11) 은 상기 허브 콘 (9) 의 상기 베이스 영역 (10) 에 대응하는 다각형 베이스 영역 (12) 을 갖는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구에 있어서,

a) 상기 허브 콘 (9) 및 상기 샤프트 콘 (11) 은, 각각 평균 직경 (23, 24) 을 갖고, 이 평균 직경 (23, 24) 은 상기 압축기 임펠러 (4) 의 무게 중심 (14) 으로부터 축선방향 거리 (25) 에 배열되며, 상기 거리 (25) 는 상기 평균 직경 (23, 24) 의 절반 이상이고,

b) 상기 허브 (6) 의 중앙 관통 구멍 (8) 은, 상기 허브 콘 (9) 의 샤프트측에서 적어도 부분적으로 원통형 구멍 (16) 으로서 구성된 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 1 항에 있어서, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 은, 상기 허브 콘 (9) 의 양측에서 적어도 부분적으로 원통형 구멍 (15, 16) 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 2 항에 있어서, 상기 압축기 임펠러 (4) 의 상기 허브 (6) 는 상기 샤프트 저널 (7) 용 체결 부시 (20) 를 갖고, 상기 체결 부시 (20) 는 샤프트측에서 후방 벽 (13) 과 인접하며, 상기 허브 콘 (9) 은 상기 체결 부시 (20) 내에 배열되고, 상기 원통형 구멍 (15, 16) 은 상기 허브 콘 (9) 의 양측에 배열되는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 3 항에 있어서, 상기 허브 (6) 의 샤프트측에서 상기 체결 부시 (20) 상에 평면 (21) 이 구성되며, 상기 샤프트 (2) 는 이에 대응하는 평면형상 정지부 (22) 를 갖는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 4 항에 있어서, 상기 샤프트 저널 (7) 은 두 부분 이상으로 이루어지며, 상기 샤프트 콘 (11) 과, 상기 샤프트측에서 상기 원통형 구멍 (16) 과 일치하는 샤프트 칼라 (34) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 4 항에 있어서, 상기 샤프트 저널 (7) 은 세 부분 이상으로 이루어지며, 상기 샤프트 콘 (11) 과, 상기 샤프트측에서 상기 원통형 구멍 (16) 과 일치하는 샤프트 칼라 (34) 와, 원통형 샤프트 단부 (33) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 6 항에 있어서, 상기 압축기 임펠러 (4) 의 장착/분리 공구 (37, 37') 를 위한 하나 이상의 수용 장치 (35, 36) 가, 각각 상기 샤프트 저널 (7) 과 관통 구멍 (8) 에 배열되며, 상기 공구 (37, 37') 는 피치가 서로 상이한 두 개의 수나사부 (38, 39) 를 갖는 차동 스크류로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 7 항에 있어서, 상기 두 개의 수용 장치 (35, 36) 는 암나사부로 이루어지고, 상기 샤프트 저널 (7) 의 수용 장치 (35) 는, 샤프트 저널 (7) 이 세 부분 이상으로 이루어지는 경우 상기 샤프트 단부 (33) 에 배열되며, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 에 배열된 수용 장치 (36) 보다 소형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 7 항에 있어서, 상기 두 개의 수용 장치 (35, 36) 는 암나사부로 이루어져 있고, 상기 샤프트 저널 (7) 의 수용 장치 (35) 는 상기 샤프트 콘 (11) 에 배열되며, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 에 배열된 수용 장치 (36) 보다 소형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 1 항에 있어서, 상기 허브 콘 (9) 은 상기 압축기 임펠러 (4) 의 무게중심 (14) 의 상류에 배열되는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 10 항에 있어서, 상기 압축기 무게중심 (14) 측에서 상기 허브 (6) 에 평면 (21') 이 구성되며, 상기 샤프트 (2) 는 이에 대응하는 평면형상 정지부 (22') 를 갖는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 5 항에 있어서, 상기 압축기 임펠러 (4) 의 장착/분리 공구 (37, 37') 를 위한 하나 이상의 수용 장치 (35, 36) 가, 각각 상기 축 저널 (7) 과 관통 구멍 (8) 에 배열되며, 상기 공구 (37, 37') 는 피치가 서로 상이한 두 개의 수나사부 (38, 39) 를 갖는 차동 스크류로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.
제 12 항에 있어서, 상기 두 개의 수용 장치 (35, 36) 는 암나사부로 이루어져 있고, 상기 축 저널 (7) 의 수용 장치 (35) 는 상기 축 콘 (11) 에 배열되며, 상기 허브 (6) 의 관통 구멍 (8) 에 배열된 수용 장치 (36) 보다 소형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 터보엔진용 압축기 임펠러 체결기구.