KR100748892B1

KR100748892B1 - 축하중 저감을 위한 터보 압축기의 구조

Info

Publication number: KR100748892B1
Application number: KR1020060083950A
Authority: KR
Inventors: 이창하
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-08-13

Abstract

본 발명의 목적은 터보 압축기의 임펠러를 장착하는 임펠러 장착판의 전후면에 작용하는 압력차를 줄여 축방향을 따라 작용하는 추력 발생을 최소화하므로써 베어링의 내구성 저하를 방지하여 터보 압축기의 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 구조의 축하중 저감을 위한 터보 압축기를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 터보 압축기의 회전축과, 그 회전축에 고정된 임펠러 장착판과, 그 임펠러 장착판에 방사상으로 장착되는 복수개의 임펠러들과, 이들을 수용하며 공기가 유입되는 입구부와 압축된 공기가 나가는 출구부를 가진 압축기 하우징과, 그 압축기 하우징에 대해 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 구성되는 터보 압축기에 있어서, 상기 압축기 하우징과 상기 임펠러 장착판의 배면 사이에 형성되는 틈새를 통해 유입되는 출구부측의 공기 유량을 상기 임펠러의 입구부로 흐르도록 유도하는 통기유로가 상기 회전축과 임펠러 장착판과의 경계부에 형성된 것을 특징으로 한다.

터보 압축기, 회전축, 임펠러, 임펠러 장착판, 통기유로, 라브린스시일

Description

축하중 저감을 위한 터보 압축기의 구조{Turbo compressor structure}

도 1은 본 발명에 의한 터보 압축기를 나타낸 반단면도

도 2는 본 발명에 의한 터보 압축기의 임펠러 장착판을 전면에서 보아 나타낸 사시도

도 3은 종래기술

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 터보 압축기 2 : 회전축

3 : 임펠러 장착판 4 : 전면

5 : 임펠러 6 : 압축기 하우징

7 : 입구부 8 : 출구부

9 : 베어링 10 : 통기유로

11 : 배면 12 : 라브린스시일

13 : 공간 P₁ : 입구부압력

P₂ : 출구부압력 P₃ : 배면압력

본 발명은 축하중 저감을 위한 터보 압축기의 구조 개선에 관한 것이다.

대기압 보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있고, 이에 맞추어 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는데, 이를 위해 배기가스의 유동 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고, 이에 연동하여 회전하는 공기 블로어에 의해 공기를 흡입하고 가압하여 실린더에 보내는 터보가 사용중에 있다.

그런데 이 터보차저의 공기 송풍을 위한 공기 블로어 및 연료 전지 차량용의 공기 블로어로는 터보압축기가 사용되고 있는데, 공기 블로어인 터보 압축기(21)는 도 3에 도시하는 것과 같이 회전축(22)에 임펠러 장착판(23)을 고정 장착하고, 그 임펠러 장착판(23)에 복수개의 임펠러(24)들을 장착시켜 압축기 하우징(25)에 설치한 구조로 되어 있어, 회전축(22)이 회전하면 임펠러(24)들이 함께 회전하여 입구부(26)에서 공기를 흡입하여 출구부(27)로 송풍하게 되는데, 입구부(26) 단면적에 비해 출구부(27) 단면적이 크게 작고, 출구부(27)측이 원심 압력을 크게 받으므로 입구압력(P₁)보다 출구압력(P₂)이 크게 높아져서 공기가 높은 압력으로 송풍되게 되어 있다.

그런데 터보 압축기(21)의 회전축(22)과 임펠러(24)는 고속 회전을 하므로 마찰을 감소시키기 위해 베어링(28)을 적용하고 있는데, 압축기 임펠러(24)의 입출구부(26)(27)의 정압력(P₁)(P₂)이 큰 차이를 가지게 되어 추력이 크게 발생하는 문 제를 가지고 있다.

즉, 압축기(21) 입구부(26)의 압력(P₁)은 대기압 이하인데 반하여 출구부(27)의 압력(P₂)은 P₁에 비해 상대적으로 매우 큰 고압을 가지게 되며, 또 임펠러 장착판(23)의 후면(29)이 출구압력((P₂)의 지배를 받게 되므로 임펠러 후면(29)의 평균 압력은 임펠러 전면(30)의 평균압력 보다 높아지게 되며, 이와 같은 임펠러 전후면(29,30)의 압력(P₂-P₁)차에 의해 임펠러 장착판(23)은 전방측을 향해 하중, 즉 추력을 받게 되는데, 이 추력하중이 베어링(28)에 직접적인 영향을 주어 베어링(28)에 큰 축방향의 하중이 걸릴 경우 내구성이 급격히 저하되어 전체 성능에 문제를 발생시키고 있다.

그러나 종래의 경우 큰 축하중을 지지할 수 있는 베어링의 사용을 통하여 문제 해결을 시도하고 있으나, 이는 베어링의 사이즈가 커지고 고가 일 뿐 아니라 윤활이나 냉각 등의 부가적인 문제를 동반하기 때문에 근본적 해결책은 될 수 없었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 터보 압축기의 임펠러를 장착하는 임펠러 장착판의 전후면에 작용하는 압력차를 줄여 축방향을 따라 작용하는 추력 발생을 최소화하므로써 베어링의 내구성 저하를 방지하여 터보 압축기의 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 구조의 축하중 저감을 위한 터보 압축기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 터보압축기의 회전축과, 그 회전축에 고정된 임펠러 장착판과, 그 임펠러 장착판에 방사상으로 장착되는 복수개의 임펠러들과, 이들을 수용하며 공기가 유입되는 입구부와 압축된 공기가 나가는 출구부를 가진 압축기 하우징과, 그 압축기 하우징에 대해 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 구성되는 터보 압축기에 있어서, 상기 압축기 하우징과 상기 임펠러 장착판의 배면 사이에 형성되는 틈새를 통해 유입되는 출구부측의 공기 유량을 상기 임펠러의 입구부로 흐르도록 유도하는 통기유로가 상기 회전축과 임펠러 장착판과의 경계부에 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 통기유로는 상기 임펠러 장착판측에 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의하면 상기 통기유로는 상기 회전축에 형성된 것을 특징으로 한다.

또 상기 임펠러 장착판의 배면에는 출구부측에서 과도한 공기유량이 통기유로로 흐르는 것을 차단하는 라브린스시일이 압축기 하우징에 접하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상술한다.

도 1은 본 발명에 의한 터보 압축기를 나타낸 반단면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 터보 압축기의 임펠러 장착판을 전면에서 보아 도시한 사시도이다.

본 발명의 터보 압축기(1)는 엔진의 구동력을 전달 받아 회전되거나 또는 터 보차저에 사용될 경우 배기가스의 유동에너지에 의해 회전하는 도시하지 아니한 터빈의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 회전축(2)을 구비하고 있으며, 이 회전축(2)에는 임펠러 장착판(3)이 고정 장착되고, 임펠러 장착판(3)의 곡면으로 형성된 전면(4)에는 복수개의 임펠러(5)들이 방사상으로 장착되어 있다.

그리고 상기 임펠러 장착판(3)을 압축기 하우징(6)이 둘러싸고 있으며, 이 압축기 하우징(6)의 시작 단부에는 외부 공기를 엔진측에 송출하는 출구부(8)가 형성되어 있다.

그리고 상기 회전축(2)을 압축기하우징(6)에 대해 회전가능하게 지지하는 베어링(9)이 설치되어 있으며, 상기 회전축(2)과 상기 임펠러 장착판(3)의 접속면, 예를 들면 임펠러 장착판(3)측에 통기유로(10)가 형성되어 있으며, 이 통기유로(10)는 임펠러 장착판(3)측이 아닌 회전축(2) 상에 요홈을 파서 형성하는 것도 가능하다.

또 상기 임펠러 장착판(3)의 배면(11)에는 라브린스시일(12)이 마련되어 압축기하우징(6)에 접하도록 형성되어 있다.

이와같은 본 발명은 회전축(2)이 회전하면 압축기 하우징(6)내에서 임펠러 장착판(3)과 임펠러(5)가 회전하게 되며, 이에따라 입구부(7)를 통해 외부 공기가 압축기 하우징(6)내로 도입되어 회전하는 임펠러(5)에 의해 원심력을 받아 출구부(8)로 압축된 공기가 송출되어지게 되는데, 임펠러 장착판(3)의 배면(11)에 위치하는 공간(13)에 출구부(8)의 압력(P₂)이 가해지게 될때, 이 공간(13)으로 유입된 공기유량이 회전축(2)을 따라 축방향으로 형성한 통기유로(10)를 통해 압력이 상대적으로 크게 낮은 임펠러 장착판(3)의 전면(4)의 입구부(7)측으로 빠져나가게 되므로써 이 공간(13)내의 압력 P₃는 P₂ 보다 낮은 상태가 되며, 따라서 P₃와 P₁의 압력차가 그만큼 줄어들게 되므로써 임펠러 장착판(3)의 배면(11)에서 전면(4)측으로 작용하는 축방향 하중(추력)이 감소되는 것이다.

한편, 이와같이 하면 임펠러 출구부(8)의 유량 손실이 커질 수 있으나, 배면(11)측에 라브린스시일(12)을 적용하고 있어 유량손실을 줄이고 좀 더 낮은 압력(P₃)이 작용하는 면적을 확보할 수 있으며, 통기유로(10)의 단면적과 라브린스 시일의 직경 및 수량들을 조절하여 축방향 작용 하중을 적절히 조절 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 임펠러 장착판의 배면(후면)으로 유입되는 터보 압축기의 출구부측의 유량의 일부가 회전축을 따라 임펠러 장착판의 전면으로 배출되므로써 임펠러 장착판의 전후면에 작용하는 압력차를 줄여 축방향으로 작용하는 추력을 줄이게 되므로써 베어링에 무리를 가져오지 않게 되어 터보 압축기 장치의 내구성을 증대시키게 되는 효과가 있다.

Claims

터보 압축기의 회전축과, 그 회전축에 고정된 임펠러 장착판과, 그 임펠러 장착판에 방사상으로 장착되는 복수개의 임펠러들과, 이들을 수용하며 공기가 유입되는 입구부와 압축된 공기가 나가는 출구부를 가진 압축기 하우징과, 그 압축기 하우징에 대해 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 구성되는 터보 압축기에 있어서, 상기 압축기 하우징과 상기 임펠러 장착판의 배면 사이에 형성되는 틈새를 통해 유입되는 출구부측의 공기 유량을 상기 임펠러의 입구부로 흐르도록 유도하는 통기유로가 상기 회전축과 임펠러 장착판과의 경계부에 형성된 것을 특징으로 하는 축하중 저감을 위한 터보 압축기 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 통기유로는 상기 임펠러 장착판측에 형성된 것을 특징으로 하는 축하중 저감을 위한 터보 압축기 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 통기유로는 상기 회전축에 형성된 것을 특징으로 하는 축하중 저감을 위한 터보 압축기 구조.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 임펠러 장착판의 배면에는 출구부측에서 과도한 공기유량이 통기유로로 흐르는 것을 차단하는 라브린스시일이 압축기 하우징에 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 축하중 저감을 위한 터보 압축기 구조.