KR101321635B1 - Injection device - Google Patents
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Abstract
클리닝 모듈은, 세척용 액체를 노즐 링 (26) 앞의 특정한 위치에서, 사전 결정된 각도에서, 변함없는 또는 주기적으로 변화하는 수압을 갖고 유로 안으로 분사하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 클리닝 장치를 이용해, 노즐 링 (26) 에서의 또는 터빈 임펠러 (24) 의 로터 블레이드 (25) 들에서의 균일한 물분배가 실현된다. The cleaning module is used to spray the cleaning liquid into the flow path at a predetermined position in front of the nozzle ring 26, at a predetermined angle, with a constant or periodically varying water pressure. With the cleaning device according to the invention, uniform water distribution in the nozzle ring 26 or in the rotor blades 25 of the turbine impeller 24 is realized.
Description
본 발명은 유로 (flow channel) 안으로 매체를 분사하기 위한 분사 장치에 관한 것이다. 이러한 분사 장치들은 예컨대 과급되는 내연기관 분야에서 클리닝 모듈 (cleaning module) 로서 터보차저의 배기가스 터빈의 유로 안으로 세척용 매체를 분사하기 위해 이용된다.The present invention relates to an injection device for injecting a medium into a flow channel. Such injectors are used for injecting the cleaning medium into the flow path of the exhaust gas turbine of the turbocharger as a cleaning module, for example in the field of supercharged internal combustion engines.
내연기관의 성능 향상을 위해 오늘날 일반적으로 배기가스 터보차저가 이용되며, 상기 배기가스 터보차저는 엔진의 상류에 배치된 압축기, 및 이에 연결된, 내연기관의 배기 트레인 (exhast train) 안의 터빈을 구비한다. 내연기관의 과급과 함께 충전량, 그러므로 실린더들 안의 연료량이 많아지고, 이로 인해 현저한 성능 향상이 얻어진다. 해양 분야에서의 일종의 모터 (Medium Speed Motors) 적용에서, 디젤 연료와 함께 중유 (Heavy Fuel Oil HFO) 도 연료로 이용된다. 중유 (HFO) 는 많은 몫의 황, 바나듐, 나트륨, 니켈, 물 및 그 밖의 원소에 의해 구별된다. 디젤 또는 등유와 같은 보다 높은 가치를 가진 연료와 비교하여, HFO 의 연소시에는 대단히 많은 몫의 유해 침전물이 배기가스 라인들 안에, 배기가스 터빈의 흐름 영역 안에, 터빈 블레이드 상에, 터빈 채널 윤곽들 상에, 또한 특히 유로 안의 터빈 블레이드들에 직렬로 접속되어 있는 가이드 장치 (노즐 링) 의 가이드 요소들 (가이드 베인들) 상에 생긴다. 상기 노즐 링의 가느다란 가이드 베인 통로들 안의 침전물들은 흐름 횡단면의 차단을 초래하며, 터빈의 작동 거동을 침해하고, 전체 과급 시스템의 효율을 감소시킨다. 이 이외에, 채널 벽들 상의 침전물은 터빈 블레이드 첨단부와, 상응하는 대응 윤곽 사이의 간극을 감소시킨다. 계속되는 오염으로 인해, 또한 이에 동반하여 침전물이 두꺼워짐으로 인해 터빈의 블레이드 단부들은 마모된다. 터보차저의 세척 (정비) 및 상기 침전물의 제거 후, 너무 큰 첨단부 간극이 발생하고, 이로 인해 그 밖의 작동을 위한 차저 효율이 감소될 수 있다.Exhaust gas turbochargers are commonly used today to improve the performance of internal combustion engines, which have a compressor arranged upstream of the engine and a turbine in an exhaust train of the internal combustion engine connected thereto. . With the supercharging of the internal combustion engine, the amount of charge, and therefore the amount of fuel in the cylinders, increases, which results in a significant performance improvement. In some types of medium speed motors in the marine sector, heavy fuel oil HFO is used as fuel along with diesel fuel. Heavy oil (HFO) is distinguished by a large share of sulfur, vanadium, sodium, nickel, water and other elements. Compared with higher value fuels such as diesel or kerosene, in the combustion of HFOs, a very large share of hazardous deposits are present in the exhaust lines, in the flow area of the exhaust turbine, on the turbine blades, turbine channel contours. And in particular on the guide elements (guide vanes) of the guide device (nozzle ring) which are connected in series with the turbine blades in the flow passage. Sediments in the slender guide vane passages of the nozzle ring cause blockage of the flow cross section, impede the operational behavior of the turbine, and reduce the efficiency of the overall supercharge system. In addition, sediment on the channel walls reduces the gap between the turbine blade tip and the corresponding corresponding contour. Due to the continued contamination, and also with the thickening of the sediment, the blade ends of the turbine wear out. After cleaning (maintenance) of the turbocharger and removal of the deposit, too large tip clearance occurs, which can reduce the charger efficiency for other operations.
완전한 성능하에서 지속적으로 원활한 작동을 보장할 수 있기 위해, 오염된 부품들, 즉 터빈 블레이드들, 및 특히 가이드 장치의 가이드 요소들에서의 침전물은 유로 안의 배기가스 흐름 안으로 분사된 세척용 액체를 이용해 규칙적인 간격으로 제거되어야 한다.In order to ensure continuous smooth operation under full performance, contaminated parts, ie turbine blades, and in particular deposits from the guide elements of the guiding device, are regulated using a cleaning liquid injected into the exhaust stream in the flow path. Should be removed at regular intervals.
임펠러 채널 안으로 세척용 매체를 도입시키기 위한 장치를 가진 축류 터빈이 CH 335 901 로부터 공지되어 있다. 이 경우, 세척용 매체를 안내하는, 출구 부위들이 제공된, 링을 형성하는 노즐 홀더가 공개되며, 상기 노즐 홀더는 방사상으로 유로의 외부에, 터빈의 임펠러 채널 안으로의 입구에, 가이드 베인 홀더로부터 간격을 두고 배치되어 있다. 가이드 베인 홀더에 대한 간격, 및 방사상으로 외부에 놓여 있는 노즐 홀더의 배치는, 상기 노즐 홀더와 상기 가이드 베인 홀더 간의 열적 응력이 형성되지 않도록 한다. 또한, 흐름 안의 가이드 베인들에 부딪치기 전에 세척용 매체가 분배되는 것을 보장하기 위해, 노즐 홀더와, 세척용 매체를 유로 안으로 도입하는 노즐들은 가이드 베인들로부터 간격을 두고 배치되어 있다. 하지만 상기 가이드 베인들로부터의 이 간격은 흐름 안의 세척용 매체가 너무 많이 해체되도록 하고, 그러므로 집중 제트 (jet) 의 세척 작용이 실현될 수 없게 한다. 따라서 가이드 요소들의 목표화된 세척이 달성될 수 없다.An axial turbine with a device for introducing a cleaning medium into the impeller channel is known from CH 335 901. In this case, a nozzle holder is formed which forms a ring, which is provided with outlet portions, guiding the cleaning medium, which is radially outside the flow path, at the inlet into the impeller channel of the turbine, from the guide vane holder. Are placed. The spacing to the guide vane holder, and the arrangement of the radially external nozzle holders, ensure that no thermal stresses are formed between the nozzle holder and the guide vane holder. Also, to ensure that the cleaning medium is dispensed before it hits the guide vanes in the flow, the nozzle holder and the nozzles for introducing the cleaning medium into the flow path are spaced from the guide vanes. However, this spacing from the guide vanes causes too much of the cleaning medium in the flow to dismantle, and therefore the cleaning action of the concentrated jet cannot be realized. Thus a targeted cleaning of the guide elements cannot be achieved.
유사한 장치가 DE 2 008 503 으로부터 공지되어 있다. 이 경우에도 세척용 액체는 방사상으로 유로의 외부로부터 큰 간격을 두고 흐름 안으로 분사된다.Similar devices are known from DE 2 008 503. In this case, the cleaning liquid is radially injected into the flow at a large distance from the outside of the flow path.
배기가스 터보차저의 터빈 블레이드를 세척하기 위한 장치가 DE 35 15 825 로부터 공지되어 있으며, 상기 장치에서는 물 분사 노즐들을 이용해 물은 가이드 요소들의 상류에서 배기가스 흐름 안으로 분사된다. 물은 고압-물 공급에 의해 물 공급 라인을 통해 개별 물 분사기 (water injector) 들쪽으로 안내되고, 그 후 상기 물 공급 라인은 물방울들의 적합한 흐름을 세척을 위해 전달한다. 상기 물 공급 라인, 상기 물 분사기들, 및 상기 물 분사 노즐들은 유로를 형성하는 하우징 부품들의 외부에 배치되어 있고, 별도의 부품들로서 실현되어 있다.A device for cleaning turbine blades of an exhaust gas turbocharger is known from DE 35 15 825, in which water is injected into the exhaust stream upstream of the guide elements using water injection nozzles. The water is led by high pressure-water supply through individual water injectors through the water supply line, which then delivers a suitable flow of droplets for cleaning. The water supply line, the water injectors, and the water injection nozzles are arranged outside of the housing parts forming the flow path, and are realized as separate parts.
배기가스 터보차저의 배기가스 터빈을 위한 클리닝 장치가 EP 1 627 993 A1 으로부터 공지되어 있으며, 상기 장치는 노즐 링의 상류에서 유로 안으로 통하는, 방사상 내면으로부터 링 모양의 유로 안으로 세척용 액체를 분사하기 위한 개구부들을 포함한다. 이 이외에, 상기 장치는 상기 개구부들에 세척용 액체를 분배하기 위한 중공 공간, 및 상기 중공 공간쪽으로 세척용 액체를 공급하기 위한 공급 라인을 포함한다. A cleaning device for an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger is known from EP 1 627 993 A1, which is used for spraying cleaning liquid into a ring-shaped flow path from a radial inner surface, which flows into the flow path upstream of the nozzle ring. Openings. In addition, the apparatus includes a hollow space for dispensing the cleaning liquid in the openings, and a supply line for supplying the cleaning liquid toward the hollow space.
본 발명의 목적은, 특히 배기가스 터빈에서 간단하면서도 신뢰성 있는 클리닝 장치로서 이용될 수 있는, 유로 안으로 매체를 분사하기 위한 신뢰성 있는 분사 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a reliable injection device for injecting a medium into a flow path, which can be used as a simple and reliable cleaning device, especially in an exhaust gas turbine.
이는 본 발명에 따르면 분사 모듈을 갖고 달성되며, 상기 분사 모듈은 유로를 적어도 부분적으로 둘러싸는, 분사되어야 하는 매체를 수용하기 위한 중공 공간 (hollow space), 및 상기 중공 공간을 상기 유로와 연결시키는, 상기 매체를 상기 유로 안으로 분사하기 위한 출구 개구부 (exit opening) 를 포함하고, 상기 출구 개구부는 예비 인장된 (pretensioned) 커버 시트 (cover sheet) 를 이용해 폐쇄되어 있으며, 상기 커버 시트는 상기 중공 공간 안에 보다 높은 압력을 가할시 상기 예비 인장에 맞서 분리되며 상기 출구 개구부를 개방시킨다.This is achieved according to the invention with an injection module, the injection module which at least partially surrounds the flow path, a hollow space for receiving the medium to be injected, and connecting the hollow space with the flow path, An exit opening for injecting the medium into the flow path, the outlet opening being closed using a pretensioned cover sheet, the cover sheet being more than within the hollow space. The application of high pressure separates the pretension and opens the outlet opening.
본 발명에 따른 분사 모듈의 제 1 실시형태에서, 지지 요소 (supporting element) 와 커버 시트 사이에는 분사되어야 하는 매체를 분출시키기 위한 출구 개구부가 제공되어 있으며, 상기 커버 시트는 상기 출구 개구부의 영역에서 예비 인장하에, 유로의 가장자리까지 안내된 상기 지지 요소 위에 놓여 있고, 따라서 상기 출구 개구부는 상기 지지 요소와 상기 커버 시트 사이에서 상기 커버 시트에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 중공 공간 안에 보다 높은 압력이 가해질 때에야 비로소 상기 커버 시트는 그의 예비 인장에 맞서 상기 지지 요소로부터 분리되고, 이로 인해 상기 출구 개구부를 개방시킨다. 이 순간, 분사되어야 하는 매체는 상기 중공 공간으로부터 상기 커버 시트와 상기 지지 요소 사이의 상기 출구 개구부를 통해 유로 안으로 흐른다.In a first embodiment of the spray module according to the invention, an outlet opening is provided between the supporting element and the cover sheet for ejecting the medium to be sprayed, the cover sheet being preliminary in the region of the outlet opening. Under tension, it rests on the support element guided to the edge of the flow path, so that the outlet opening is closed by the cover sheet between the support element and the cover sheet. Only when higher pressure is applied in the hollow space is the cover sheet separated from the support element against its pretension, thereby opening the outlet opening. At this moment, the medium to be injected flows from the hollow space through the outlet opening between the cover sheet and the support element into the flow path.
선택 사양적으로, 상기 커버 시트는 클램핑 요소와 상기 지지 요소 사이에 클램핑되어 있을 수 있다. 이때, 상기 클램핑 요소와 상기 지지 요소는 형상 결합식으로 및/또는 마찰 결합식으로 (예컨대 나사 또는 리벳에 의해) 서로 연결되어 있거나 또는 뒤에서 맞물리는 안전 요소를 이용해 서로 고정되어 있다.Optionally, the cover sheet can be clamped between the clamping element and the support element. The clamping element and the support element are then connected to each other in a formally and / or frictionally coupled manner (for example by screws or rivets) or secured to each other using a safety element that engages behind.
본 발명에 따른 분사 모듈의 제 2 실시형태에서, 분사되어야 하는 매체를 분출시키기 위한 출구 개구부는 2 개의 시트 사이에 제공되어 있고, 이때 커버 시트는 출구 개구부의 영역에서 예비 인장하에, 선택 사양적으로 지지 요소에 연결된 지지 시트 (supporting sheet) 위에 놓여 있으며, 따라서 상기 출구 개구부는 상기 두 시트 사이에 폐쇄되어 있다. 상기 두 시트는 선택 사양적으로 그들의 내부 단부들에서 상기 지지 요소와 연결되어 있고, 이것과 함께 중공 공간을 형성한다. 상기 중공 공간 안에 보다 높은 압력을 가할시 상기 커버 시트는 예비 인장에 맞서 상기 지지 시트로부터 분리되고, 이로 인해 상기 출구 개구부를 개방시킨다. 이 순간, 분사되어야 하는 매체는 상기 중공 공간으로부터 상기 두 시트 사이의 출구 개구부를 통해 유로 안으로 흐른다.In a second embodiment of the spray module according to the invention, an outlet opening for ejecting the medium to be sprayed is provided between the two sheets, wherein the cover sheet is optionally under pretension in the region of the outlet opening, optionally It lies on a supporting sheet connected to the supporting element, so that the outlet opening is closed between the two sheets. The two sheets are optionally connected with the support element at their inner ends, which together form a hollow space. Upon application of higher pressure in the hollow space, the cover sheet separates from the support sheet against pretension, thereby opening the outlet opening. At this moment, the medium to be injected flows from the hollow space into the flow path through the outlet opening between the two sheets.
선택 사양적으로, 상기 두 시트 중 하나는, 또는 둘 다 클램핑 요소와 상기 지지 요소 사이에 클램핑되어 있을 수 있다. 이때, 상기 클램핑 요소와 상기 지지 요소는 형상 결합식으로 및/또는 마찰 결합식으로 (예컨대 나사 또는 리벳에 의해) 서로 연결되어 있거나 또는 뒤에서 맞물리는 안전 요소를 이용해 서로 고정되어 있다.Optionally, one of the two sheets, or both, may be clamped between the clamping element and the support element. The clamping element and the support element are then connected to each other in a formally and / or frictionally coupled manner (for example by screws or rivets) or secured to each other using a safety element that engages behind.
대안적으로, 상기 커버 시트 또는 상기 지지 시트는 상기 지지 요소에 용접 또는 납땜되거나, 또는 다른 방식으로 재료 결합식으로, 형상 결합식으로 또는 마찰 결합식으로 상기 지지 요소와 연결되어 있을 수 있다.Alternatively, the cover sheet or the support sheet may be welded or soldered to the support element or otherwise connected to the support element materially, shapely or frictionally.
선택 사양적으로, 상기 커버 시트와 상기 지지 시트는 연결되어 하나의 시트로부터 형성되어 있을 수 있다. 이때, 선택 사양적으로, 이 시트에 의해 지지 요소가 둘러싸여 있을 수 있다.Optionally, the cover sheet and the support sheet can be connected and formed from one sheet. Optionally, the support element can then be surrounded by this sheet.
선택 사양적으로, 상기 중공 공간 안으로의 유입 채널은 비스듬히 배치되어 있을 수 있고, 따라서 분사되어야 하는 매체가 상기 중공 공간 안으로 유입될시 상기 매체에 접선 성분을 갖고 영향을 미치며, 이를 통해 상기 중공 공간 안에서의 상기 분사되어야 하는 매체의 개선된 분배가 달성된다.Optionally, the inlet channel into the hollow space can be arranged at an angle so that the medium to be injected has a tangential component on and affects the medium when it is introduced into the hollow space, thereby An improved distribution of the medium to be injected of is achieved.
본 발명에 따른 분사 모듈은 클리닝 모듈로서 축류 터빈 및 방사류 또는 혼류 터빈에서 이용될 수 있고, 또는 압축기에서 이용될 수 있으며, 또는 이와 연결된, 과급 시스템 안에 존재하는 흐름 안내 파이프 (pipe) 들에서 이용될 수 있다.The injection module according to the invention can be used in axial flow turbines and radial or mixed flow turbines as cleaning modules, or in compressors, or in flow guide pipes present in the supercharging system connected thereto. Can be.
배기가스 터빈 안의 클리닝 모듈로서 본 발명에 따른 분사 모듈은, 분사되어야 하는 매체로서의 세척용 액체를 노즐 링 앞의 특정한 위치에서, 변함없는 또는 주기적으로 변화하는 압력 (파동) 을 갖고 유로 안으로 분사하는데 사용된다. 이로 인해, 노즐 링은 적셔져야 하고 불순물은 제거되어야 한다.As a cleaning module in an exhaust gas turbine, the injection module according to the invention is used for injecting the cleaning liquid as the medium to be injected into the flow path with a constant or periodically varying pressure (wave) at a certain position in front of the nozzle ring. do. Because of this, the nozzle ring must be wetted and impurities must be removed.
일반적으로, 이러한 클리닝 모듈은, 예컨대 뜨거운 배기가스 또는 많이 오염된 공기를 짧은 또는 긴 거리에 걸쳐 안내하는 임의의 라인 시스템 (line system) 의 유로를 세척하기 위해 이용될 수 있다.In general, such cleaning modules can be used to clean the flow path of any line system, for example, guiding hot exhaust gases or highly contaminated air over short or long distances.
상기 지지 요소, 상기 클램핑 요소, 상기 커버 시트 및 상기 지지 시트는 링 모양으로 또는 부분링 모양으로 (환형 세그먼트들) 유로를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있고, 또는 원형으로 또는 부분원형으로 링 모양 환형 채널의 내부에 배치될 수 있다.The support element, the clamping element, the cover sheet and the support sheet may at least partially surround the flow path in a ring shape or in a partial ring shape (annular segments), or in a ring or annular channel in a circle or in a partial circle. It can be placed inside of.
그 밖의 장점들은 종속항들에 기재되어 있다.Other advantages are described in the dependent claims.
이하, 본 발명에 따른 분사 모듈의 여러 가지 실시형태를 도면을 참조로 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the injection module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1 은 선행기술에 따른 배기가스 터보차저의 전체 도면,
도 2 는 제 1 실시형태에 따라 실시된 본 발명에 따른 클리닝 장치를 갖춘 축류 터빈의 단면,
도 3 은 도 2 에 따른 축류 터빈의 잘라내진 클리닝 장치의 상세한 도면,
도 4 는 마찬가지로 제 1 실시형태에 따라 실시된 본 발명에 따른 클리닝 장치를 갖춘 혼류 터빈의 단면,
도 5 는 도 4 에 따른 혼류 터빈의 잘라내진 클리닝 장치의 상세한 도면,
도 6 은 제 2 실시형태에 따라 실시된 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 제 1 변형을 가진 잘라내진 혼류 터빈의 도면,
도 7 은 제 2 실시형태에 따라 실시된 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 제 2 변형을 가진 잘라내진 혼류 터빈의 도면이다.1 is an overall view of an exhaust gas turbocharger according to the prior art,
2 is a cross-sectional view of an axial turbine with a cleaning apparatus according to the present invention carried out according to the first embodiment,
3 is a detailed view of the cleaning device cut out of the axial turbine according to FIG. 2, FIG.
4 is a cross section of a mixed flow turbine with a cleaning device according to the invention, likewise carried out according to the first embodiment,
5 is a detailed view of the cleaning device cut out of the mixed flow turbine according to FIG. 4;
6 is an illustration of a truncated mixed flow turbine with a first variant of the cleaning module according to the invention, carried out in accordance with a second embodiment, FIG.
7 is an illustration of a truncated mixed flow turbine with a second variant of the cleaning module according to the invention, carried out according to the second embodiment.
하기의 실시예들은 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈을 위한 클리닝 모듈로서의 본 발명에 따른 분사 장치를 보이고 있다. 이때, 분사 장치라는 개념 대신 클리닝 모듈이라는 개념이 사용된다. 하지만 모든 특징들은 분사 장치로서의 일반적인 실시형태에 대해서도 적용되어야 한다.The following examples show the injection device according to the invention as a cleaning module for an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger. In this case, the concept of the cleaning module is used instead of the concept of the injection device. However, all features should also apply to the general embodiment as an injection device.
도 1 은 배기가스 터빈 (20) 과 압축기 (10), 및 그 사이에 배치된 베어링 하우징 (50) 을 가진 통상적인 배기가스 터보차저를 보이고 있다. 배기가스 터빈은 가스 입구 하우징 (21) 을 포함하며, 상기 가스 입구 하우징을 통과하는 뜨거운 배기가스는, 가스 출구 하우징 (22) 을 통해 배기 장치 (exhaust system) 에 공급되기 전에 터빈휠 (turbine wheel) 상으로 흐르고, 상기 터빈휠을 구동시킨다. 상기 터빈휠은 축 (A) 둘레로 회전 가능한 샤프트의 일 단부에 배치되어 있고, 상기 샤프트는 베어링 하우징 (50) 안에 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 샤프트의 타 단부에는 압축기휠이 위치하며, 상기 압축기휠은 공기 입구 하우징 (11) 을 통해 흡입된 공기를 압축하고, 후속하여 상기 공기는 공기 출구 하우징 (12) 안에 수집되며, 내연기관의 연소 챔버들에 공급된다. 도시되어 있는 실시형태에서, 상기 터빈은 축방향으로 흐르는 축류 터빈이다. 대안적으로, 배기가스는 엄격하게 방사상 방향으로, 또는 방사상 방향에서 약간 기울어진 방향으로 터빈휠에 안내될 수 있고, 이 경우에는 혼류 (Mixed-Flow) 터빈이라고 불리운다.1 shows a conventional exhaust gas turbocharger with an
하기의 도면들은 본 발명에 따른 클리닝 장치의 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태를 보이고 있으며, 상기 제 1 실시형태에서 클리닝 장치는 축류 터빈을 위해, 방사류 터빈 (radial-flow turbine) 또는 혼류 터빈을 위해 클리닝 모듈로서 다수의 구성요소로 구성되어 있고, 상기 제 2 실시형태는 방사류 또는 혼류 터빈을 위한 도면을 참조하여 설명되는데, 하지만 축류 터빈을 위해서도 똑같이 적용될 수 있다. 분사되어야 하는 매체로서는 일반적으로 액체, 특히 물, 또는 물과 첨가제의 화합물이 이용된다. 하지만, 분사되어야 하는 매체로서는 공기, 증기, 또는 두 매체의 혼합물이 이용될 수도 있다.The following figures show a first embodiment and a second embodiment of a cleaning device according to the invention, in which the cleaning device is a radial-flow turbine or a mixed flow turbine for an axial flow turbine. It consists of a number of components as a cleaning module for this purpose, the second embodiment is described with reference to the drawings for a radial or mixed flow turbine, but the same can be applied for an axial turbine. As the medium to be sprayed, a liquid, in particular water, or a compound of water and additives is used. However, as the medium to be injected, air, steam, or a mixture of the two mediums may be used.
도 2 및 도 3 에 따른 축류 터빈에서, 본 발명에 따른 클리닝 모듈 (40) 은 본질적으로 링 모양 또는 부분링 모양의 지지 요소 (41), 및 커버 시트 (43) 로 구성된다. 커버 시트 (43) 는, 지지 요소 (41) 와 커버 시트 (43) 가 링 모양 또는 부분링 모양의 중공 공간 (46) 을 둘러싸도록 지지 요소 (41) 에 대해 배치된다. 선택 사양적으로, 지지 요소 (41) 는 중공 공간 (46) 을 적어도 두 면에서 한정하는 프로파일을 구비하며, 따라서 커버 시트 (43) 는 커버 플레이트처럼 중공 공간 (46) 에 걸쳐 연장된다. 상기 커버 시트는 지지 요소 (41) 의 한쪽에서 상기 지지 요소 위에 놓여 있고, 이때 지지는 본 발명에 따르면 예비 인장하에 수행된다. 이를 위해, 커버 시트 (43) 는 지지 요소 (41) 의 다른 한 쪽에서는 변형 (deformation) 하에 지지 요소 (41) 에 고정된다.In the axial turbine according to FIGS. 2 and 3, the
상기 커버 시트는 예컨대 링 모양 또는 부분링 모양의 클램핑 요소 (42) 에 의해 축방향에서 지지 요소 (41) 상에 클램핑된다. 지지 요소 (41) 의 안지름 및 바깥지름에서의 커버 시트 (43) 의 축방향 지지면들은 이를 위해 축방향으로 사전 결정된 길이 만큼 약간 옮겨진다. 후속 조립 단계에서, 지지 요소 (41) 는 클램핑 요소 (42) 에 대해 커버 시트 (43) 의 굽힘 강성 (bending stiffness) 의 작용하에 조여지며, 따라서 이것은 약간 휘어진다. 이를 통해, 내부 지지면의 영역에서는 상기 언급된 예비 인장된 지지 (support) 가 발생한다. 상기 시트의 클램핑력은 조임 거리, 선택된 시트 두께 또는 사용된 재료에 좌우된다.The cover sheet is clamped on the
선택 사양적으로, 링 모양 또는 부분링 모양의 안전 요소 (44) 는 축방향에서의 구성요소들의 상대적 이동을 저지할 수 있고, 이를 통해 상기 클램핑 결합체의 예비 인장을 유지시킨다.Optionally, the ring or partial ring shaped
선택 사양적으로, 지지 요소 (41) 에 대한 커버 시트 (43) 의 동심적인 위치는 링 모양의 클램핑 요소 (42) 의 내부 안착에 의해 보장될 수 있다.Optionally, the concentric position of the
배기가스 터빈의 세척시, 세척용 액체, 일반적으로 물은 둘레에 분배된 - 이상적인 경우에는 둘레에 대해 접선 방향으로 - 다수의 유입구를 통해 중공 공간 (46) 안으로 분사된다. 상기 중공 공간 안의 상승하는 수압에 의해 커버 시트 (43) 는 약간 조여지고, 따라서 상기 커버 시트는 지지 요소 (41) 에서 들어내지며, 출구 개구부 (47) 는 커버 시트 (43) 와 지지 요소 (41) 사이의 환형 틈새의 형태로 열린다. 물은 최소한으로 확장하는 상기 환형 틈새를 통해 유로 안으로 새고, 오염된 노즐 링 (26) 을 전체 둘레에 걸쳐 적신다. 세척 과정이 끝난 후 수압이 내려가고, 따라서 상기 환형 틈새는 닫히며, 클리닝 모듈 (40) 의 내부 속으로의, 특히 중공 공간 (46) 안으로의 오염 입자의 침투가 저지된다.In the cleaning of the exhaust turbine, the cleaning liquid, generally water, is injected into the
커버 시트 (43) 의 표면 윤곽은 평탄하게 설계되거나, 또는 표면 구조를 갖고 설계될 수 있으며, 하지만 분사 방향으로의 국부적인 개구부들, 예컨대 슬롯 (slot) 들을 구비할 수도 있고, 상기 슬롯들을 통해 물은 선호되는 위치들에서 유로 안으로 샐 수 있다. 대안적으로, 이 슬롯들은 지지 요소 (41) 안에 제공될 수도 있다.The surface contour of the
도 2 및 도 3 에 따른 실시형태에서, 본 발명에 따른 클리닝 모듈은 유로의 방사상 외부 영역에 배치되어 있다. 유로가 링 모양이면, 상기 유로는 방사상 내부 하우징 제한부를 구비하며, 그러므로 클리닝 모듈은 마찬가지로 유로의 이 방사상 내부 영역에 배치되어 있을 수 있다.In the embodiment according to FIGS. 2 and 3, the cleaning module according to the invention is arranged in the radially outer region of the flow path. If the flow path is ring-shaped, the flow path has a radial inner housing restriction, and therefore the cleaning module can likewise be arranged in this radially inner region of the flow path.
도 4 및 도 5 에 따른 방사류 또는 혼류 터빈에서, 본 발명에 따른 클리닝 모듈은 이 경우에도 링 모양 또는 부분링 모양의 지지 요소 (41), 및 둘러싸는, 그 자체가 닫힌 또는 열린 커버 시트 (43) 로 구성된다. 이로 인해, 커버 시트 (43) 와 지지 요소 (41) 사이에는 환형 틈새 형태의 출구 개구부 (47) 가 생기며, 상기 출구 개구부를 통해 물은 유로 안으로 분사될 수 있다. 커버 시트 (43) 의 굽힘 강성, 및 중공 공간 (46) 안에 발생된 수압은 상기 환형 틈새의 높이를 확정한다. 커버 시트 (43) 가 두꺼우면 두꺼울수록 상기 틈새는 더욱 작아지고, 또한 동일한 수압에서 유로 안으로 분사된 물의 침투 깊이는 더욱 깊어진다. 세척 과정이 끝난 후, 중공 공간 (46) 안의 압력은 다시 내려가며, 이로 인해 출구 개구부 (47) 는 닫히고, 클리닝 모듈의 오염이 저지된다. 커버 시트 (43) 상의, 환형 틈새 (47) 상의 또는 지지 요소 (41) 상의 만일에 있을 수 있는 침전물은 상기 커버 시트의 굽힘 운동을 통해 부서지고, 그리고 이렇게 이상적인 경우에는 클리닝 모듈의 셀프 클리닝 (self-cleaning) 효과가 실현된다.In the radial or mixed flow turbine according to FIGS. 4 and 5, the cleaning module according to the invention is in this case also a ring-shaped or partially ring-shaped
이 실시형태의 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 제조시, 커버 시트 (43) 는 출구 개구부 (47) 의 영역에서 소성 변형을 통해 방사상 바깥쪽으로 눌려진다. 후속하여, 커버 시트 (43) 와 지지 요소 (41) 의 축방향 조립, 및 이와 연관하여 지지 요소 (41) 상에서의 상기 커버 시트의 조임시, 출구 개구부 (47) 는 조립된 상태에서, 발생된 예비 인장 및 아직 없는 수압에 의해 닫혀 있다. 이로 인해, 커버 시트 (43) 및 지지 요소 (41) 의 제조 허용오차에 대한 요구는 결정적이지 않고, 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 기능은 달성 가능한 제조 치수의 영향을 적게 받는다.In the manufacture of the cleaning module according to the invention of this embodiment, the
계속해서, 커버 시트 (43) 는 그 자체가 닫힌 또는 열린, 원뿔형 바깥지름을 가진 클램핑 요소 (42) 에 의해 지지 요소 (41) 안에 방사상으로 조여지고, 축방향 안전 요소 (44) 에 의해 고정된다. 최종적으로, 지지 요소 (41), 커버 시트 (43), 클램핑 요소 (42) 및 안전 요소 (44) 로 구성된 클램핑 결합체는 다수의 나사 (60) 에 의해 터빈 하우징과 나사결합된다. 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 중공 공간 (46) 안으로의 물 공급은 둘레에 분배된 하나 또는 다수의 유입구 (45) 를 통해 수행된다. 상기 유입구들은 가능한 한 접선 방향에서, 즉 축방향에 대해 비스듬히 중공 공간 (46) 쪽으로 설계되어야 한다. 이로 인해, 중공 공간 (46) 내부에서의 물의 우수한 분배, 및 커버 시트 (43) 와 지지 요소 (41) 사이의 출구 개구부 (47) 의 얇은 틈새를 통한 세척용 물의 균일한 유출이 달성된다.Subsequently, the
커버 시트 (43) 의 표면 윤곽은 이 경우에도 평탄하게 설계되거나, 또는 표면 구조를 갖고 설계될 수 있다.The surface contour of the
도 6 에 따른 본 발명에 따른 클리닝 모듈의 제 2 실시형태에서는, 유로의 가장자리까지 안내된 지지 요소 (41) 대신 커버 시트 (43) 를 위한 지지체로서 지지 시트 (411) 가 배치되어 있다. 지지 시트 (411) 는 지지 요소 (41) 의 플렉시블한 연장부로 간주될 수 있고, 그 자체가 상기 지지 요소의 일부이다. 두 시트 (43, 411) 는 지지 요소 (41) 와 함께 중공 공간 (46) 을 한정한다. 상기 두 시트는 예비 인장하에 서로에 대해 눌려진다.In a second embodiment of the cleaning module according to the invention according to FIG. 6, a
두 시트, 즉 지지 시트 (411) 와 커버 시트 (43) 는 상응하는 납땜 또는 용접 부위 (61) 들에서 지지 요소 (41) 에 납땜 또는 용접되어 있다. 선택 사양적으로, 상기 시트들은 클램핑 요소 (도시되어 있지 않음) 를 이용해 지지 요소 (41) 에 고정되어 있을 수 있다.Two sheets, namely the
두 시트, 즉 지지 시트 (411) 와 커버 시트 (43) 는 도 7 에 따르면 연결되어 단 한 피스 (piece) 의 시트로부터 제조될 수 있다. 유로가 뜨거운 가스들을 안내하는 경우에서의 적용을 위해, 커버 시트, 및 경우에 따라서는 지지 시트는 바람직하게는 고온 저항성 재료로 제조되어 있다. 상기 시트는 높은 온도들에서도, 본 발명에 따른 장치를 위해 중요한 그의 형태를 유지한다.The two sheets, namely the
상기 커버 시트와 상기 지지 시트는 동일한 재료로 제조될 수 있거나, 또는 서로 다른 특성들, 특히 서로 다른 열팽창계수를 가진 재료들로 제조될 수 있으며, 이를 통해 상기 두 시트 간의 예비 인장은 보다 큰 온도변동에서도 유지될 수 있다. 이를 위해, 상기 커버 시트와 상기 지지 시트는 서로 다른 시트 두께 및/또는 표면 구조를 가질 수 있다.The cover sheet and the support sheet may be made of the same material, or may be made of materials with different properties, in particular with different coefficients of thermal expansion, whereby the pre-tension between the two sheets results in greater temperature variations. Can be maintained at To this end, the cover sheet and the support sheet may have different sheet thicknesses and / or surface structures.
상기 분사 장치의 영역 안의 온도적응을 위해, 작동 중, 동일한 또는 서로 다른 온도의, 또한 동일한 또는 서로 다른 열전도율의 기체 매체들과 액체 매체들 또는 혼합물들이 상기 분사 모듈을 통해 유로 안으로 잇달아 분사될 수 있다. 이로써, 상기 커버 시트가 반복된 온도 쇼크에 의해 그의 형태를 잃음으로써 경우에 따라서는 예비 인장이 지속적으로 유지될 수 없는 것이 저지될 수 있다. 즉, 배기가스 터보차저 안의 배기가스 터빈들을 위한 클리닝 모듈에 있어서, 예컨대 유로 안의 뜨거운 배기가스로 인해 가열된, 따뜻한 물 또는 공기를 가진 커버 시트는, 후속하여 보다 차가운 세척용 액체가 유로 안으로 분사되기 전에 특정한 온도로 냉각된다.For temperature adaptation in the area of the injector, during operation, gaseous media and liquid media or mixtures of the same or different temperatures and of the same or different thermal conductivity can be subsequently injected into the flow path through the injection module. . In this way, the cover sheet loses its shape by repeated temperature shock, and in some cases, it can be prevented that the pre-tension cannot be maintained continuously. That is, in a cleaning module for exhaust gas turbines in an exhaust gas turbocharger, for example, a cover sheet with warm water or air, heated by hot exhaust gas in the flow path, is subsequently subjected to cooler cleaning liquid to be injected into the flow path. Before it is cooled to a certain temperature.
10 : 압축기 11 : 공기 입구 하우징
12 : 공기 출구 하우징 20 : 배기가스 터빈
21 : 가스 입구 하우징 22 : 가스 출구 하우징
23 : 디퓨저 24 : 터빈휠
25 : 터빈휠의 로터 블레이드 26 : 가이드 장치, 노즐 링
30 : 샤프트 40 : 클리닝 모듈
41 : 지지 요소 411 : 지지 시트
42 : 클램핑 요소 43 : 커버 시트
44 : 안전 요소 45 : 유입구
46 : 중공 공간 47 : 출구 개구부
48 : 고정 플랜지 49 : 고정 보어
50 : 베어링 하우징 60 : 고정 나사
61 : 납땜/용접 부위 A : 샤프트의 회전축10
12
21
23: diffuser 24: turbine wheel
25 rotor blade of
30: shaft 40: cleaning module
41: support element 411: support sheet
42: clamping element 43: cover sheet
44: safety element 45: inlet
46: hollow space 47: outlet opening
48: fixed flange 49: fixed bore
50: bearing housing 60: fixing screw
61: soldering / welding part A: axis of rotation of the shaft
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