KR101188947B1 - 터보 기계 - Google Patents

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KR101188947B1
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크리슈토프 마크
요나스 푀빙
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

본 발명은 베어링 하우징(11)과 블레이드 휠 하우징(12, 13)을 가진 하우징(10), 상기 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트(30), 상기 샤프트와 연결되며 상기 블레이드 휠 하우징 내에 배치된 블레이드 휠(20, 21), 및 시일(50)을 포함하고, 상기 시일은 상기 베어링 하우징으로부터 상기 블레이드 휠 하우징으로의 상기 샤프트의 통로를 규정하는 고정 하우징 부분으로 형성된 제 1 시일 부분(51), 및 상기 샤프트(30)의 외주와 연결된 제 2 시일 부분(52)을 포함하고, 상기 시일은 베어링 하우징과 블레이드 휠 하우징 사이의 유체 통로를 차단하고, 베어링 하우징 측에서 제 1 시일 부분에 상기 샤프트의 외주 둘레로 일정한 곡률로 연장되는 유체 배출 홈(51a)이 제공됨으로써, 상기 제 1 시일 부분 상에 제공된 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 배출 홈(51a)을 따라 수직으로 하부로 흘러나갈 수 있는 것인 터보 기계(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 유체 배출 홈(51a) 내에서 상기 샤프트의 양측에 각각 하나의 유체 흐름 안내 부재(56)가 제공되고, 상기 유체 흐름 안내 부재는 상기 베어링 하우징 유체(LF)를 상기 샤프트(30)로부터 방사 방향으로 멀리 상기 유체 배출 홈 외부로 안내한다. 따라서, 시일을 통한 유체 통과가 방지된다.

Description

터보 기계{TURBOMACHINE}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 터보 기계에 관한 것이다.
전술한 방식의 터보 기계는 DE 10 2007 027 869 A1에 공지되어 있다. 이 공보에 개시된 터보 기계는 터보 기계의 베어링 하우징과 블레이드 휠 하우징 사이의 유체 통로를 차단하는 시일을 갖는다.
본 발명의 과제는 시일을 통한 유체 통과가 확실히 방지되는 청구항 제 1항의 전제부에 따른 터보 기계를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 터보 기계에 의해 해결된다. 본 발명의 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따라, 터보 기계는 베어링 하우징과 블레이드 휠 하우징을 가진 하우징, 상기 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트, 상기 샤프트와 연결되며 상기 블레이드 휠 하우징 내에 배치된 블레이드 휠, 및 시일을 포함하고, 상기 시일은 상기 베어링 하우징으로부터 블레이드 휠 하우징으로의 샤프트의 통로를 규정하는 고정 하우징 부분으로 형성된 제 1 시일 부분, 및 상기 샤프트의 외주와 연결된 제 2 시일 부분을 포함하고, 상기 시일은 베어링 하우징과 블레이드 휠 하우징 사이의 유체 통로를 차단한다. 베어링 하우징 측에서 제 1 시일 부분에 샤프트의 외주 둘레로 일정한 곡률로 연장되는 유체 배출 홈이 제공됨으로써, 상기 제 1 시일 부분 상에 제공된 베어링 하우징 유체가 유체 배출 홈을 따라 수직으로 하부로 흘러나갈 수 있다. 본 발명에 따른 터보 기계는 유체 배출 홈 내에서 샤프트의 양측에 각각 하나의 유체 흐름 안내 부재가 제공되고, 상기 유체 흐름 안내 부재는 베어링 하우징 유체를 샤프트로부터 방사방향으로 멀리 유체 배출 홈 외부로 안내한다.
유체 배출 홈은 제 1 시일 부분에서 흘러나가는 베어링 하우징 유체, 예컨대 윤활유가 시일 내로 방해 없이 침투하는 것을 방지하기 위해 제공된다. 베어링 하우징 유체는 유체 배출 홈을 따라 수직으로 하부로 배출된다.
발명자는 베어링 하우징 유체가 베어링 하우징 유체와 제 1 시일 부분 사이의 경계층 진행 또는 최소 정수압 차이에 의해 비교적 오래 유체 배출 홈을 따름으로써, 유체 배출 홈에 측면으로 놓인 수직선과 관련해서 베어링 하우징 유체의 분리 각이 180 도보다 크다는 것을 알았다.
특정 상황에 의해, 베어링 하우징 유체의 분리 각이 충분히 크면, 유체 배출 홈의 수직 하부 영역에서, 유체 배출 홈을 따르는 베어링 하우징 유체의 흡입, 그에 따른 시일의 누설이 생길 수 있다.
본 발명에 따라 유체 배출 홈에서 샤프트의 양측에 각각 베어링 하우징 유체를 샤프트로부터 방사방향으로 멀리 유체 배출 홈 외부로 안내하는, 하나의 유체 흐름 안내 부재가 제공됨으로써, 베어링 하우징 유체의 분리 각은 시일 내로의 베어링 하우징 유체의 흡입이 확실히 방지될 정도로 감소된다.
본 발명의 실시예에 따라, 각각의 유체 흐름 안내 부재는 베어링 하우징 유체가 유체 흐름 안내 부재에 부딪히는 유입 영역, 및 베어링 하우징 유체가 유체 름 안내 부재로부터 분리되는 유출 영역을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 유입 영역은 유체 배출 홈의 바닥면으로부터 샤프트로부터 방사방향으로 멀리 연장되는 유입 면의 형태로 형성된다.
본 발명의 이 실시예에 의해, 유체 배출 홈을 따라 흐르는 베어링 하우징 유체가 간단한 방식으로 거의 완전히 유체 배출 홈 외부로 안내되고 시일의 내밀성과 관련해서 다른 문제 없이 유동 방향으로 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 유입 영역은 유체 배출 홈의 곡률과 반대로 활형으로 휘어진다.
이로 인해 형성된, 바람직하게는 비교적 큰 유입 반경에 의해, 베어링 하우징 유체는 유동 기술적으로 안정되므로 유체 배출 홈으로부터 확실하게 배출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 유출 영역은 분리 에지를 가지며, 상기 분리 에지는 유입 영역을 유체 배출 홈으로부터 먼 단부에서 제한하고, 유체 흐름 안내 부재의 방사방향으로 가장 외부의 위치에 배치된다.
본 발명의 상기 실시예에 의해, 간단한 방식으로 유체 배출 홈 외부로 안내된 베어링 하우징 유체가 유체 흐름 안내 부재로부터 확실히 다시 분리되고 방사방향 외부로 변위되어 수직으로 하부로 배출된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 유출 영역은 샤프트 원주에서 연장되어 분리 에지로 이어지는 재안내 면을 갖는다.
상기 재안내 면에 의해, 분리 에지에서 분리되지 않고 남은 베어링 하우징 유체가 방사방향 외부로 변위되어 계속 안내된 다음 결국 재안내 면으로부터 분리되어 수직으로 하부로 배출되는 것이 보장된다.
본 발명의 실시예에 따라, 재안내 면은 유체 배출 홈의 곡률에 상응하게 휘어진다.
이로 인해, 바람직하게는 나머지 베어링 하우징 유체가 시일 내로 흡입되지 않는데, 그 이유는 재안내 면이 방사방향 외부로 안내된 나머지 베어링 하우징 유체를 상기 방사방향 외부 레벨로 유지한 다음, 상기 나머지 베어링 하우징 유체가 재안내 면으로부터 분리되고 수직 하부로 배출되기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 2개의 유체 흐름 안내 부재들 중 각각의 유체 흐름 안내 부재의 유입 단부가 유체 배출 홈의 가장 긴 수평 할선에 의해 규정된 지점에 배치된다.
상기 지점은 베어링 하우징 유체가 유체 배출 홈 내에서 방사방향으로 가장 먼 외부에 배치된 지점이다. 유체 흐름 안내 부재의 각각의 유입 단부가 상기 위치에 배치됨으로써, 베어링 하우징 유체가 최상의 시점에서 유체 배출 홈 외부로 안내되고, 결국 방사방향 외부로 베어링 하우징 유체의 최대 방사방향 변위가 달성되고, 그에 따라 시일 내로 베어링 하우징 유체의 흡입이 더 확실히 방지된다.
바람직하게는 제 1 시일 부분이 시일 커버로 형성되고, 상기 시일 커버는 블레이드 휠 하우징의 측면으로부터 하우징에 장착된다. 또한, 바람직하게는 시일이 무접촉 래비린스 시일로서 형성된다.
본 발명에 의해, 시일을 통한 유체 통과가 확실히 방지되는 터보 기계가 제공된다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 기계의 사시 종단면도.
도 2는 도 1에 따른 터보 기계의 개략적인 종단면도.
도 3은 도 1의 일부의 확대도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 안내 부재를 도시하는, 도 1에 따른 터보 기계의 사시도.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참고로 본 발명의 실시예에 따른 터보 기계가 설명된다.
터보 기계(1)는, 예컨대 배기 가스 터보 과급기 또는 파워 터빈으로서 형성될 수 있다. 도면에 도시된 본 발명의 실시예에서, 터보 기계(1)는 배기 가스 터보 과급기로서 형성된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 터보 기계(1)는 하나의 베어링 하우징(11)과 2개의 블레이드 휠 하우징(12 및 13)을 구비한 하우징(10)을 포함한다. 2개의 블레이드 휠 하우징(각각 배출 하우징 부분 및 유입 하우징 부분을 포함)은 각각 하나의 블레이드 휠(20 또는 21)을 수용하고, 도 1의 좌측 블레이드 휠(20)은 터빈 블레이드 휠로서 형성되고, 도 1의 우측 블레이드 휠(21)은 압축기 블레이드 휠로서 형성된다. 아래의 설명에서는 터빈 블레이드 휠을 제 1 블레이드 휠(20)이라 하고, 그 해당 블레이드 휠 하우징을 제 1 블레이드 휠 하우징(12)이라 한다. 이에 따라, 압축기 블레이드 휠을 제 2 블레이드 휠(21)이라 하고, 그 해당 블레이드 휠 하우징을 제 2 블레이드 휠 하우징(13)이라 한다.
터보 기계(1)는 또한 다수의 슬라이딩 베어링(40)을 통해 베어링 하우징(11) 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트(30)를 포함하고, 상기 샤프트는 제 1 블레이드 휠(20) 및 제 2 블레이드 휠(21)을 서로 견고하게 연결한다.
이와 관련해서, 파워 터빈은 제 2 블레이드 휠(21)이 없기 때문에 하우징에서 그리고 경우에 따라 샤프트(30)의 베어링에서 상응하는 변화를 가질 것이다. 이 경우, 터빈 측에서 배기 가스의 팽창 및 냉각에 의해 샤프트(30)를 통해 전달되는 토크는, 경우에 따라 트랜스미션을 통해 발전용 제너레이터로 전달된다.
여기에 도시된 바와 같이 배기 가스 터보 과급기로서 형성된 터보 기계(1)는 베어링 하우징(11)으로부터 샤프트(30)의 출구에서, 한편으로는 제 2 블레이드 휠 하우징(13; 압축기 측)으로부터의 공기 유입에 대해, 그리고 제 1 블레이드 휠 하우징(12; 터빈 측)으로부터 베어링 하우징(11) 내로의 배기 가스의 유입에 대해 밀봉된다. 다른 한편으로 샤프트 시일은 베어링 하우징(11)으로부터 압축기 및 터빈의 후속 휠 측 챔버 내로 베어링 하우징 유체(여기서는 예컨대 윤활유)의 배출을 막아야 한다. 이 경우, 샤프트 시일에 대한 요구는 주로 배기 가스 측 또는 터빈 측에서 방사류 배기 가스 터보 과급기와 축류 배기 가스 터보 과급기 간에 상이하다. 또한, 터보 기계(1)의 작동 상태에 따라 샤프트 시일의 전후에 상이한 작동 조건이 나타난다.
도 3에는 무접촉 래비린스(labyrinth) 시일로서 형성된 시일(50)이 확대도로 도시되고, 상기 시일은 베어링 하우징(11)으로부터 제 1 블레이드 휠 하우징(12)으로 샤프트(30)의 통로를 규정하는 고정 하우징 부분으로 형성된 제 1 시일 부분(51), 및 샤프트(30)의 외주와 연결된 제 2 시일 부분(52)을 포함하고, 베어링 하우징(11)과 블레이드 휠 하우징(12) 사이의 유체 통로를 차단한다.
터보 기계(1)의 작동 중에, 제 2 블레이드 휠(21)의 출구에서의 압력은 인접한 휠 측 챔버 내에서 유지된다. 제 2 블레이드 휠(21)의 후면에 있는 스로틀 래비린스에도 불구하고, 베어링 하우징(11)에 대한 시일에는 특정 초과 압력이 생긴다. 이 시일의 과제는, 베어링 하우징(11) 내로의 공기 유입, 그에 따른 질량 유량 손실(blow-by)을 가급적 적게 유지하는 것이다. 이 경우 밀봉 지점 전방에서의 저압은 예외로 하고, 스로틀 래비린스 또는 휠 측 챔버 환기의 적합한 설계에 의해 방지될 수 있다. 따라서, 시일 전방에서 항상 생기는 초과 압력에 의해, 베어링 하우징(11)으로부터 나와 밀봉 지점에 작용하는 베어링 하우징 유체의 배출이 방지된다.
방사류 배기 가스 터보 과급기[도면에 도시된 터보 기계(1)와 같음]의 경우 작동 중에 터빈 측에 유사한 상태들이 나타난다. 터빈 전방의 배기 가스 압력은 휠 측 챔버 내로 전달되고 시일(50)의 전방에 가해진다. 터보 기계(1)의 샤프트(30)의 회전수가 하위 범위에서 특정 회전수에 미달하면, 이러한 조건에서 어떤 것도 달라지지 않는다. 즉, 시일(50) 전방에 항상 저압이 생긴다.
소위 재윤활 작동 중에 시일(50) 전방에 다른 조건들이 나타날 수 있다. 회전자 어셈블리[블레이드 휠들(20, 21) 및 샤프트(30)]의 정지시, 전달되는 나머지 열을 방출하기 위해 터보 기계(1)의 슬라이딩 베어링(40)이 재윤활된다. 상기 재윤활 동안 굴뚝 효과에 의해 제 1 블레이드 휠 하우징(12; 터빈 측)의 배출 하우징 부분에서 저압이 나타나고, 상기 저압은 제 1 블레이드 휠 하우징(12)과 베어링 하우징(11) 사이에서 시일(50) 전방까지 유지된다. 이러한 이유로, 시일(50)은 이 작동 상태에 대해서도 설계되어야 한다. 압력 강하에 의해 터빈 측의 휠 측 챔버 방향으로 베어링 하우징 유체가 시일(50)을 통해 흡입되는 것이 방지되어야 한다.
본 발명에 따라 시일 및 그것의 인접 부품들은 베어링 하우징(11)으로부터 샤프트(30)를 통해 제 1 블레이드 휠(20)의 휠 측 챔버 내로 베어링 하우징 유체의 배출이 확실히 방지되도록 형성된다.
터보 기계(1)의 작동 중에 베어링 하우징 유체(여기서는 윤활유)가 나와 시일(50)에 작용하고, 베어링 하우징 유체는 베어링 오일로서 터보 기계(1)의 개별 베어링 부품으로부터 배출된다. 또한, 시일(50)은 슬라이딩 베어링(40)의 (오일) 공급 보어로부터 직접 베어링 하우징 유체(여기서는 스플래시 오일)의 추가 제공에 의해 습윤되고, 상기 습윤은 밀봉 부품의 냉각을 위해 사용되므로 시일(50) 내부에서 베어링 하우징 유체의 탄화를 방지해야 한다. 베어링 하우징(11) 전방에 초과 압력 또는 저압이 나타날 수 있다. 시일(50)에 베어링 오일만이 작용할 수도 있고, 스플래시 오일만이 작용할 수도 있으며, 베어링 오일 및 스플래시 오일이 동시에 작용할 수 있다. 슬라이딩 베어링(40)에 공급되는 베어링 하우징 유체의 온도 및 압력은 변경될 수 있고, 이는 시일(50)에 대한 베어링 하우징 유체의 양 및 배출 특성에 영향을 준다.
시일(50)의 제 2 시일 부분(52)은 프로파일화된 샤프트 부분에 의해 또는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 블레이드 휠(20; 터빈 블레이드 휠) 전방에서 샤프트(30) 상에 수축된 슬리브의 실시예로 형성된다. 시일(50)의 제 1 시일 부분(51)은 여기서는 시일 커버로서 구현된, 베어링 하우징(11)의 별도 부품으로 형성된다. 제 1 시일 부분(51)과 제 2 시일 부분(52)의 프로파일은 무접촉 래비린스(53)를 형성하고, 상기 래비린스는 다수의 연속하는 시일 갭 및 배출 챔버들(54)을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 여기서는 레이디얼 베어링 부시(41)로서 형성된 직접 인접한 베어링 부품으로부터 배출된 베어링 하우징 유체가 시일(50)에 분무된다. 이 경우, 플로팅 레이디얼 베어링 부시(41)의 외부 시트는 소위 챔버 디스크(60)에 의해 축 방향으로 제한될 수 있다. 레이디얼 베어링 부시(41; 스퀴즈 오일 댐퍼 방식)의 고정시 챔버 디스크(60)가 사용되고, 상기 챔버 디스크는 레이디얼 베어링 부시(41)의 고정[레이디얼 베어링 부시(41)가 회전하지 않음]을 위해 홈으로 레이디얼 베어링 부시(41)의 단부면 내로 맞물린다. 레이디얼 베어링 부시(41)의 회전시, 챔버 디스크(60)는 레이디얼 베어링 부시(41)의 축 방향 유격을 조절하는 기능을 하고, 이는 레이디얼 베어링 부시(41)의 회전수를 대해 결정적이다. 두 가지 경우, 챔버 디스크(60)는 레이디얼 베어링 부시(41)의 내부 윤활 갭 및 외부 윤활 갭으로부터 흘러나가는 베어링 하우징 유체의 스로틀링에 사용되므로, 슬라이딩 베어링(40)의 댐핑 특성에 결정적인 영향을 준다.
레이디얼 베어링 부시(41)로부터, 그에 따라 챔버 디스크(60)의 내경에서 나온 베어링 하우징 유체는 대개의 경우 주로 시일(50)의 제 1 시일 갭에 작용한다. 그러나, 제 1 시일 부분(51; 시일 커버)의 주변 영역은 더 적은 양의 베어링 하우징 유체(액적 및 미스트)에 의해 습윤된다. 제 1 시일 부분(51)에서 상기 적은 양의 베어링 하우징 유체의 탄화를 방지하기 위해, 이 영역은 스플래시 보어(71)로부터 나온 베어링 하우징 유체 젯(jet)에 의해 의도적으로 냉각되고, 상기 베어링 하우징 유체 젯은 제 1 시일 부분(51)의 상부 영역에 부딪친다. 스플래시 보어(71)는 레이디얼 베어링 부시(41)의 베어링 하우징 유체-공급 보어(70) 내로 통한다. 제 1 시일 부분(51)은 터빈 측을 향해 추가의 커버(80), 여기서는 폐쇄 커버에 의해 제 1 블레이드 휠(20)의 휠 측 챔버로부터 분리된다.
특히 도 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따라 베어링 하우징 측에서 제 1 시일 부분(51)에, 샤프트(30)의 외주 둘레로 원형 곡률로 연장된 유체 배출 홈(51a)이 제공되므로, 제 1 시일 부분(51)에 제공된 베어링 하우징 유체(LF)는 유체 배출 홈(51a)을 따라 수직으로 하부로 배출될 수 있다. 유체 배출 홈(51a) 내에서 샤프트(30)의 양측에 각각 하나의 유체 흐름 안내 부재(56, 56; 도 4에는 전방 것만 보임)가 제공되고, 상기 유체 흐름 안내 부재는 베어링 하우징 유체(LF)를 샤프트(30)로부터 방사 방향으로 멀리 유체 배출 홈(51a) 외부로 안내한다.
본 발명에 따라, 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 밀봉 부재와 관련해서 실시될 수 있고, 상기 밀봉 부재는 터보 기계(1)의 작동 중에 충분한 냉각을 위해, 그리고 그에 따라 오일 코크스의 방지를 위해 베어링 하우징 유체(LF)의 지속적인 분무에 의해 냉각된다. 본 경우, 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 제 1 시일 부분(51; 시일 커버) 내에 통합되고, 상기 제 1 시일 부분은 샤프트 측 래비린스[제 2 시일 부분(52)]와 함께 터보 기계(1)의 시일(50)을 형성한다. 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 이 경우 제 1 시일 부분(51)의 유체 배출 홈(51a) 내에 있다. 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 하부 배출 홈(55)(도 3 참고)의 양 측면에 대해 개별 부품으로서 유체 배출 홈(51a) 내로 삽입될 수 있거나, 또는 제조 공정 중에, 예컨대 유체 배출 홈(51a)의 선삭시 중실 재료(solid material)로서 남겨질 수 있다. 2가지 변형예들은 동일한 기능을 한다.
본 발명에 따라 각각의 유체 흐름 안내 부재(56)는 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 흐름 안내 부재(56) 상에 부딪히는 유입 영역(56a), 및 베어링 하우징 유체(LF)가 유체 흐름 안내 부재(56)로부터 분리되는 유출 영역(56b)을 포함한다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 유입 영역(56a)은 유체 배출 홈(51a)의 바닥면(51b)으로부터 방사 방향으로 샤프트(30)로부터 멀리 연장되는 유입 면의 형태로 형성되고, 상기 유입 면(56a)은 유체 배출 홈(51a)의 곡률과는 반대로 활형으로 휘어진다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 유출 영역(56b)은 분리 에지(56c)를 가지며, 상기 분리 에지는 유입 영역(56a)을 유체 배출 홈(51a)으로부터 먼 그 단부에서 제한하고 유체 흐름 안내 부재(56)의 방사 방향 가장 외부의 위치에 배치된다. 유출 영역(56b)은 또한 재안내 면(56d)을 가지며, 상기 재안내 면은 샤프트(30)의 둘레에서 연장되어 분리 에지(56c)에 연결되고, 상기 재안내 면(56d)은 유체 배출 홈(51a)의 곡률에 상응하게 휘어진다.
그에 따라, 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 유동에 바람직하게 형성된다. 즉, 이들은 배출되는 베어링 하우징 유체(LF)의 유입 영역(56a)에서, 베어링 하우징 유체(LF)를 가급적 안정하게 유체 배출 홈(51a)으로부터 안내하기 위해 큰 반경을 갖는다. 또한 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은 단부에서, 즉 유출 영역(56b)에서, 베어링 하우징 유체(LF)가 인접한 배출 홈(55)에 더 이상 도달할 수 없고 이전에 배출되도록 형성된다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 제 1 시일 부분(51)의 유체 배출 홈(51a)은 상기 홈에 분무되는 베어링 하우징 유체(LF)를 밀봉 지점 둘레로 배출해야 한다. 베어링 하우징 유체(LF)는 제 1 시일 부분(51)의 하나 또는 다수의 임의의 지점(들)에서 상기 제 1 시일 부분에 부딪힌다. 본 발명에 따라, 베어링 하우징 유체(LF)는 적합하게 설계된 노즐에 의해 의도적으로 제 1 시일 부분(51)에 제공되는 것이 아니라, 베어링 지점으로부터 베어링 하우징 유체(LF)의 유출로부터 제 1 시일 부분(51)의 습윤, 또는 샤프트(30)로부터 원심 분리된 베어링 하우징 유체(LF)에 의한 제 1 시일 부분(51)의 분무 또는 그 밖의 다른 분무의 영향이 나타날 수 있다.
제 1 시일 부분(51)의 윤곽에서 흘러나온 베어링 하우징 유체(LF)가 시일(50)의 형상 내로 방해 없이 침투하는 것을 방지하기 위해, 제 1 시일 부분(51)의 내부 면의 적합한 형상에 의해 유체 배출 홈(51a)이 구현된다. 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 배출 홈(51a)을 따라 하부로 배출된다. 그러나, 베어링 하우징 유체(LF)가 유체 배출 홈(51a)의 최대 수평 할선(Smax)의 지점에서 하부로 수직으로 배출되지 않고, 베어링 하우징 유체(LF)의 체적 유량의 크기에 따라, 그리고 시일(50)의 전방에 인가되는 저압으로부터 야기되는, 시일(50)을 통해 흡입되는 가스 유량(GS)에 따라, 잠시 실린더 면 또는 유체 배출 홈(51a)의 바닥면(51b)을 따른다. 유체 배출 홈(51a)의 가장 긴 수평 할선(Smax)은 수평으로 샤프트(30)의 중심 종축선을 통해 연장된다.
따라서, 유체 배출 홈(51a)에 측면으로 놓인 수직선과 관련해서 베어링 하우징 유체(LF)의 분리 각은 180 도보다 클 것이다. 이러한 상황에 대한 이유는 베어링 하우징 유체(LF)와 제 1 시일 부분(51) 사이의 경계층 진행의 영향, 및 제 1 시일 부분의 내부 면에 대한 최소 정수압 차이의 영향 때문이다.
시일(50)의 제 1 밀봉 갭을 통해 유입된 베어링 하우징 유체(LF)의 배출을 위해 사용되는 전술한 배출 홈(55)을 형성하는 래비린스 챔버의 하부로 향한 방사방향 개구 때문에, 흡입된 공기 유량 또는 가스 유량(GS)은 일반적으로 배출 홈(55)을 통한 경로로 들어가는데, 그 이유는 상기 홈이 가스 유량(GS)에 대해 최소 저항으로 맞서기 때문이다. 특정 상황에 의해 베어링 하우징 유체(LF)의 분리 각이 충분히 크고/크거나 시일(50)을 통해 흐르는 가스 유량(GS)이 충분히 크면, 유체 배출 홈(51a)을 따르는 베어링 하우징 유체(LF)의 흡입 및 그에 따라 시일(50)의 누설이 나타날 수 있을 것이다.
본 발명에 따라 제공되는 유체 흐름 안내 부재들(56, 56)은, 배출되는 베어링 하우징 유체(LF)의 분리 각이 현저히 감소하는 방식으로, 제 1 시일 부분(51)의 내부 면에서 흘러나가는 베어링 하우징 유체의 분리 각과 유체 배출 홈(51a)을 따르는 베어링 하우징 유체(LF)의 분리 각의 크기에 영향을 준다. 이로 인해, 배출 홈(55)으로부터 흘러나가는 베어링 하우징 유체 흐름이 유체 배출 홈(51a)을 통해 흐르는 베어링 하우징 유체(LF, 스플래시 오일)의 흐름과 연결되지 않고, 시일(50)을 통해 흐르는 가스 유량(GS)을 기초로 하는 상기 베어링 하우징 유체(LF)의 흡입이 확실히 방지된다.
유체 배출 홈(51a)으로부터 베어링 하우징 유체(LF)의 매우 확실한 배출 또는 분리를 위해, 2개의 유체 흐름 안내 부재들(56, 56) 중 각각의 흐름 안내 부재의 유입 단부(56e)는 유체 배출 홈(51a)의 가장 긴 수평 할선(Smax)에 의해 규정된 지점에 배치된다.
1 : 터보 기계 10 : 하우징
11 : 베어링 하우징 12 : 블레이드 휠 하우징
13 : 블레이드 휠 하우징 20 : 블레이드 휠
21 : 블레이드 휠 30 : 샤프트
40 : 슬라이딩 베어링 41 : 레이디얼 베어링 부시
50 : 시일 51 : 제 1 시일 부분
51a : 유체 배출 홈 51b : 바닥면
52 : 제 2 시일 부분 53 : 무접촉 래비린스
54 : 배출 챔버 55 : 배출 홈
56 : 유체 흐름 안내 부재 56a : 유입 영역
56b : 유출 영역 56c : 분리 에지
56d : 재안내 면 56e : 유입 단부
60 : 챔버 디스크 70 : 베어링 하우징 유체-공급 보어
71 : 스플래시 보어 80 : 커버
Smax : 가장 긴 수평 할선 LF : 베어링 하우징 유체
GS : 가스 유량

Claims (10)

  1. 베어링 하우징(11)과 블레이드 휠 하우징(12, 13)을 가진 하우징(10), 상기 베어링 하우징(11) 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트(30), 상기 샤프트(30)와 연결되며 상기 블레이드 휠 하우징(12, 13) 내에 배치된 블레이드 휠(20, 21), 및 시일(50)을 포함하고, 상기 시일(50)은 상기 베어링 하우징(11)으로부터 상기 블레이드 휠 하우징(12, 13)으로의 상기 샤프트(30)의 통로를 규정하는 고정 하우징 부분으로 형성된 제 1 시일 부분(51), 및 상기 샤프트(30)의 외주와 연결된 제 2 시일 부분(52)을 포함하고, 상기 시일(50)은 상기 베어링 하우징(11)과 상기 블레이드 휠 하우징(12, 13) 사이의 유체 통로를 차단하고,
    베어링 하우징 측에서 상기 제 1 시일 부분(51)에 상기 샤프트(30)의 외주 둘레로 일정한 곡률로 연장되는 유체 배출 홈(51a)이 제공됨으로써, 상기 제 1 시일 부분(51) 상에 제공된 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 배출 홈(51a)을 따라 수직으로 하부로 흘러나갈 수 있는 것인 터보 기계(1)에 있어서,
    상기 유체 배출 홈(51a) 내에서 상기 샤프트(30)의 양측에 각각 하나의 유체 흐름 안내 부재(56)가 제공되고, 상기 유체 흐름 안내 부재는 상기 베어링 하우징 유체(LF)를 상기 샤프트(30)로부터 방사 방향으로 멀리 상기 유체 배출 홈(51a) 외부로 안내하는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  2. 제 1항에 있어서, 각각의 유체 흐름 안내 부재(56)는 상기 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 흐름 안내 부재(56)에 부딪히는 유입 영역(56a), 및 상기 베어링 하우징 유체(LF)가 상기 유체 흐름 안내 부재(56)로부터 분리되는 유출 영역(56b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 유입 영역(56a)은 상기 유체 배출 홈(51a)의 바닥면(51b)으로부터 상기 샤프트(30)로부터 방사방향으로 멀리 연장되는 유입 면의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 유입 영역(56a)은 상기 유체 배출 홈(51a)의 곡률과 반대로 활형으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 유출 영역(56b)은 분리 에지(56c)를 가지며, 상기 분리 에지는 상기 유입 영역(56a)을 상기 유체 배출 홈(51a)으로부터 먼 상기 유입 영역의 단부에서 제한되고 상기 유체 흐름 안내 부재(56)의 방사방향으로 가장 외부의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유출 영역(56b)은 상기 샤프트(30)의 원주에서 연장되어 상기 분리 에지(56c)에 이어지는 재안내 면(56d)을 갖는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 재안내 면(56d)은 상기 유체 배출 홈(51a)의 곡률에 상응하게 휘어지는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 2개의 상기 유체 흐름 안내 부재들(56, 56) 중 각각의 유체 흐름 안내 부재의 유입 단부(56e)가 상기 유체 배출 홈(51a)의 가장 긴 수평 할선(Smax)에 의해 규정된 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 시일 부분(51)은 상기 블레이드 휠 하우징(12)의 측면으로부터 상기 하우징(10)에 장착되는 시일 커버로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 시일(50)은 무접촉 래비린스 시일로서 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
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