KR101052447B1

KR101052447B1 - 배기 터빈 과급기

Info

Publication number: KR101052447B1
Application number: KR1020097013261A
Authority: KR
Inventors: 요시히사 오노; 게이이치 시라이시; 요시츠구 아오노
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-07-28
Also published as: EP2110531A1; EP2110531A4; EP2110531B1; US20090241542A1; CN101573516A; CN101573516B; US8096127B2; KR20090087091A; WO2008099452A1

Abstract

배기 가스의 열에 의해, 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심의 어긋남, 또는 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심과, 발전기의 회전축 축심의 어긋남을 방지할 수 있어, 이들 회전축의 진동을 저감시킬 수 있음과 함께, 과급기 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배기 터빈 과급기를 제공하는 것. 터빈부 (3) 및 압축기부 (5) 를 지지하는 케이싱 (6) 을 갖는 배기 터빈 과급기 (1) 로서, 케이싱 (6) 의 하단부가 레그부 (6a) 로 되어 있고, 레그부 (6a) 가 플로우면에 설치된 기대에 대해 고정되어 있음과 함께, 터빈부 (3) 및 압축기부 (5) 의 회전축 (7) 과 연결된 회전축 (19a) 을 갖는 발전기 (19) 가 형성되어 있다.

Description

배기 터빈 과급기{EXHAUST GAS TURBOCHARGER}

본 발명은, 배기 터빈 과급기, 특히, 선박용 내연 기관이나 육상 발전기용 내연 기관 등에 장착되는 배기 터빈 과급기에 관한 것이다.

이와 같은 배기 터빈 과급기로서는, 그 회전축이 과급기의 터빈 및 압축기의 회전축에 연결된 발전기를 구비한 것이 알려져 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004－346803호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

상기 특허 문헌에 개시된 배기 터빈 과급기는, 과급기측에 형성된 지지 부재와, 발전기측에 형성된 지지 부재에 의해 기대 (基臺) 에 고정되도록 되어 있다. 따라서, 과급기측의 지지 부재에서는 배기 가스의 열에 의해 그 길이 방향 (상하 방향) 으로 큰 열팽창이 발생하고, 발전기측의 지지 부재에서는 배기 가스의 열에 의한 열팽창은 발생하지 않도록 되어 있다. 그 때문에, 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심과, 발전기의 회전축 축심이 크게 어긋나 버리게 되어, 이들 회전축이 이상 진동을 일으킬 우려가 있었다. 이것은, 상기 특허 문헌의 도 5 (즉, 과급기측에 있어서의 회전축의 진동 진폭과, 발전기측에 있어서의 회전축의 진동 진폭이 크게 다른 것을 나타낸 도면) 에서도 이해할 수 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 배기 가스의 열에 의해, 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심의 어긋남, 또는 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심과, 발전기의 회전축 축심의 어긋남을 방지할 수 있어, 이들 회전축의 진동을 저감시킬 수 있음과 함께, 과급기 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배기 터빈 과급기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명에 의한 배기 터빈 과급기는, 내연 기관으로부터 유도된 배기 가스에 의해 구동되는 터빈부와, 이 터빈부에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기를 압송하는 압축기부와, 이들 터빈부 및 압축기부를 지지하는 케이싱을 갖는 배기 터빈 과급기로서, 상기 케이싱의 하단부가 레그부로 되어 있고, 이 레그부가 플로어면에 설치된 기대에 대해 고정되어 있음과 함께, 상기 터빈부 및 상기 압축기부의 회전축과 연결된 회전축을 갖는 발전기가 형성되어 있다.

이와 같은 배기 터빈 과급기에 의하면, 과급기 전체의 중량이 케이싱의 레그부만을 통하여 기대에 전달되게 (즉, 레그부만에 의해 지지되게) 되므로, 배기 가스의 열에 의한 주된 열팽창이 케이싱의 상하 방향 (세로 방향) 및 회전축의 축선 방향 (케이싱의 상하 방향과 직교하는 방향) 으로 일어나게 된다.

케이싱에 의해 터빈부 및 압축기부의 양방이 지지되게 되므로, 배기 가스의 열에 의해 (열팽창 차이에 의해), 터빈부의 회전축 축심과 압축기부의 회전축 축심이 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있어, 이들 회전축의 진동을 저감시킬 수 있음과 함께, 과급기 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 터빈부 및 압축기부의 회전축과 함께, 발전기의 회전축이 회전하고, 이 발전기에 의해 잉여 에너지가 회수되어, 예를 들어, 선박이나 발전소 등의 열 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 압축기부의 상류측에, 상기 내연 기관의 흡기 계통에 접속되고 또한 상기 압축기부를 개재하여 상기 케이싱에 지지된 소음기가 형성되어 있고, 이 소음기의 중앙부에는, 그 내부에 오목부를 갖는 쉘 하우징이 형성되어 있음과 함께, 이 오목부 내에는 상기 발전기가 수용되어 있으면 더 바람직하다.

이와 같은 배기 터빈 과급기에 의하면, 발전기가 소음기 내부에 거의 감춰지듯이 수용되어 있으므로, 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

또한, 상기 발전기가 모터로서의 기능도 갖도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 배기 터빈 과급기에 의하면, 보조 블로어 등으로부터 상기 내연 기관에 외기를 압송하는 대신에, 이 발전기를 스타터로서 이용하여, 압축기부로부터 상기 내연 기관에 직접 외기를 압송할 수도 있다.

본 발명에 의한 내연 기관은, 상기 어느 하나의 배기 터빈 과급기를 구비하게 된다.

이와 같은 내연 기관에 의하면, 진동이 적고, 또한 신뢰성이 높은 배기 터빈 과급기를 구비하게 되고, 당해 내연 기관에 안정적으로 외기가 압송되게 되어, 당해 내연 기관의 성능을 충분히 발휘시킬 수가 있고, 당해 내연 기관의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 배기 가스의 열에 의해, 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심의 어긋남, 또는 과급기의 터빈의 회전축 축심과, 과급기의 압축기의 회전축 축심과, 발전기의 회전축 축심의 어긋남을 방지할 수 있어, 이들 회전축의 진동을 저감시킬 수 있음과 함께, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1 은 본 발명에 의한 배기 터빈 과급기의 일 실시형태를 나타낸 종단면 도이다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 배기 터빈 과급기를 소음기 측에서 본 일부 절개 사시도이다.

도 3 은 도 1 에 나타낸 배기 터빈 과급기를 터빈부 측에서 본 일부 절개 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 배기 터빈 과급기 2 배기 가스

3 터빈부 4 외기 (外氣)

5 압축기부 6 케이싱

6a 레그부 7 회전축

16 소음기 18 쉘 하우징

18a 오목부 19 발전기

19a 회전축

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 의한 배기 터빈 과급기의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 내지 도 3 에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에 관련된 배기 터빈 과급기 (1) 는, 도시되지 않은 내연 기관 (예를 들어, 디젤 엔진이나 가스 터빈 엔진 등) 으로부터 유도된 배기 가스 (연소 가스 : 2) 에 의해 구동되는 터빈부 (3) 와, 이 터빈부 (3) 에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기 (4) 를 압송하는 압축기부 (5) 와, 이들 터빈부 (3) 와 압축기부 (5) 사이에 형성되어 이들을 지지하는 케이싱 (6) 을 주된 요소로서 구성된 것이다.

케이싱 (6) 에는, 일단을 터빈부 (3) 측으로 돌출시키고, 타단을 압축기부 (5) 측으로 돌출시킨 회전축 (7) 이 삽입 통과되고 있다. 이 회전축 (7) 은, 케이싱 (6) 에 형성된 베어링 (8) 에 의해, 축선 둘레로 회전 가능하게 지지되고 있다. 또, 케이싱 (6) 에는, 윤활유 저장부 (도시 생략) 로부터 베어링 (8) 까 지 윤활유를 공급하는 윤활유 공급로 (9) 가 형성되어 있다.

또, 케이싱 (6) 의 하단부는, 회전축 (7) 의 축선 방향에 있어서 케이싱 (6) 을 1 점에서 지지하는 (회전축 (7) 의 축선 방향과 직교하는 방향에 있어서는, 2 점 이상에서 지지하는 경우도 있다) 레그부 (6a) 로 되어 있고, 이 레그부 (6a) 는, 플로어면에 설치된 기대 (도시 생략) 에 고정되도록 되어 있다. 즉, 배기 터빈 과급기 (1) 의 중량은, 이 레그부 (6a) 를 통하여 기대에 전달되도록 되어 있다.

또한, 도면 중의 부호 P 는 펀칭 플레이트이다. 이 펀칭 플레이트 (P) 는, 그 일단부가 터빈부 (3) 의 하단부에 고정되고 있음과 함께, 그 타단부가 케이싱 (6) 의 레그부 (6a) 와 동일하게 기대에 고정되어 있다. 그리고, 이 펀칭 플레이트 (P) 는, 레그부 (6a) 와 같이 배기 터빈 과급기 (1) 의 중량을 지지하는 것을 주된 목적으로 하는 것이 아니라, 배기 터빈 과급기 (1) 가 기대에 대해 동요 (진동) 하지 않도록 하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

터빈부 (3) 는, 상기 내연 기관의 배기 계통에 접속되어 배기 가스 (2) 의 적어도 일부가 공급되는 배기 가스 통로 (10) 와, 이 배기 가스 통로 (10) 내에 공급된 배기 가스 (2) 의 흐름을 받아 회전 구동되는 터빈 (11) 을 가지고 있다.

터빈 (11) 은, 터빈 로터 (12) 와 터빈 노즐 (13) 을 구비하고 있다. 터빈 로터 (12) 는, 회전축 (7) 의 일 단부에 형성된 원반 형상의 터빈 디스크 (12a) 와, 이 터빈 디스크 (12a) 의 외주 상에 장착된 날개형 단면 (斷面) 을 갖는 복수 개의 터빈 블레이드 (12b) 를 구비하고 있다.

또, 터빈 노즐 (13) 은, 복수 개의 노즐 가이드 베인 (13a) 을 고리 형상으로 배치하여 구성된 것으로, 터빈 블레이드 (12b) 의 상류측에 배치되어 있다.

배기 가스 통로 (10) 는, 상기 내연 기관의 배기 계통과 접속되어 노즐 가이드 베인 (13a) 및 터빈 블레이드 (12b) 에 배기 가스 (2) 를 유도하는 공급로 (10a) 와, 터빈 (11) 의 반경 방향 외측으로 향해 형성되고, 터빈 (11) 을 통과한 배기 가스 (2) 를 계외, 또는 도시되지 않은 배기 정화 장치 등에 유도하는 송출로 (10b) 를 가지고 있다.

압축기부 (5) 는, 회전 구동됨으로써 외기 (4) 를 직경 방향 외측으로 송출하는 압축기 날개차 (14) 와, 이 압축기 날개차 (14) 주위를 둘러싸 압축기 날개차 (14) 가 송출한 외기 (4) 를 압축하는 소용돌이실 (15) 을 가지고 있다.

압축기 날개차 (14) 는, 회전축 (7) 의 타단부에 장착된 대략 원반 형상의 허브 (14a) 와, 이 허브 (14a) 의 외표면에서 반경 방향 외측으로 향해 연장됨과 함께, 둘레 방향을 따라 고리 형상으로 형성된 복수 개의 날개 (14b) 를 구비하고 있다.

압축기부 (5) 의 상류측에는, 상기 내연 기관의 흡기 계통에 접속된 소음기 (사일렌서 : 16) 가 인접 배치되어 있고, 이 소음기 (16) 를 통과한 외기 (4) 는, 유입로 (17) 를 통하여 압축기 날개차 (14) 의 날개 (14b) 에 유도되도록 되어 있다. 또, 압축기부 (5) 의 하류측에는, 도시되지 않은 중간 냉각기나 서지탱크 등이 형성되어 있고, 소용돌이실 (15) 을 통과한 외기 (4) 는, 이들 중간 냉각기나 서지탱크 등을 통과한 후, 상기 내연 기관에 공급되도록 되어 있다.

소음기 (16) 의 중앙부에는, 그 내부에, 허브 (14a) 의 단면 (端面) 을 향해 끝이 가늘어지도록 형성된 오목부 (18a) 를 갖는 쉘 하우징 (18) 이 형성되어 있음과 함께, 오목부 (18a) 내에는, (고속 유도) 발전기 (19) 가 수용되어 있다. 쉘 하우징 (18) 은, 유입로 (17) 내에 형성된 복수 개 (예를 들어, 4 개) 의 서포트 (20) 를 개재하여 압축기부 (5 : 유입로 (17) 를 형성하는 반경 방향 외측의 벽면) 에 고정되어 있다. 그리고, 쉘 하우징 (18) 의 외측 표면은, 유입로 (17) 을 형성하는 반경 방향 내측의 벽면을 구성하고 있다.

발전기 (19) 는, 그 회전축 (19a) 이 전술한 회전축 (7) 과 동일 회전 축선 상에 위치하도록 배치되어 있음과 함께, 이 회전축 (19a) 은, 허브 (14a) 를 관통하여 소음기 (16) 측으로 돌출된 회전축 (7) 의 일단부 선단과, 플렉시블 커플링 (21) 을 개재하여 연결되어 있다. 즉, 발전기 (19) 의 회전축 (19a) 은 회전축 (7) 과 함께 회전하도록 되어 있다.

본 실시형태에 의한 배기 가스 터빈 과급기 (1) 에 의하면, 과급기 전체의 중량이 케이싱 (6) 의 레그부 (6a) 만을 통하여 기대에 전달되도록 되어 있으 (즉, 레그부 (6a) 만에 의해 지지되도록 되어 있으) 므로, 배기 가스 (2) 의 열에 의한 주된 열팽창이 케이싱 (6) 의 길이 방향 (상하 방향) 및 회전축 (7) 의 축선 방향 (케이싱 (6) 의 길이 방향과 직교하는 방향) 으로 일어나게 된다.

이로써, 배기 가스 (2) 의 열에 의해 (열팽창 차이에 의해), 회전축 (7) 의 축심과, 플렉시블 커플링 (21) 의 축심과, 회전축 (19a) 의 축심이 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있어, 이들 회전축 (7, 19a) 및 플렉시블 커플링 (21) 의 진동을 저감시킬 수 있음과 함께, 과급기 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 발전기 (19) 는, 소음기 (16) 내부에 형성된 쉘 하우징 (18) 내에 수용되도록 되어 있으므로, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 발전기 (19) 를 모터로서도 이용할 수 있도록 구성되어 있는 경우에는, 보조 블로어 등으로부터 상기 내연 기관에 외기 (4) 를 압송하는 대신에, 이 발전기 (19) 를 스타터로서 이용하여, 압축기부 (5) 로부터 상기 내연 기관에 직접 외기 (4) 를 압송할 수도 있다.

Claims

내연 기관으로부터 유도된 배기 가스에 의해 구동되는 터빈부와, 이 터빈부에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기를 압송하는 압축기부와, 이들 터빈부 및 압축기부를 지지하는 케이싱을 갖는 배기 터빈 과급기로서,

상기 터빈부 및 상기 압축기부의 회전축과 연결된 회전축을 갖는 발전기가 형성되어 있고,

상기 압축기부의 상류측에, 상기 내연 기관의 흡기 계통에 접속되고 또한 상기 압축기부를 개재하여 상기 케이싱에 지지된 소음기가 형성되어 있고, 이 소음기의 중앙부에는, 그 내부에 오목부를 갖는 쉘 하우징이 형성되어 있음과 함께, 이 오목부 내에는 상기 발전기가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 터빈 과급기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 발전기가 모터로서의 기능도 갖도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 터빈 과급기.
제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 배기 터빈 과급기를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내연 기관.