KR101340686B1 - 하이브리드 배기 터빈 과급기 - Google Patents

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Abstract

제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기를 제공한다. 컴프레서부(5)의 상류측에, 내연 기관의 흡기 계통에 접속되고 또한 상기 컴프레서부(5)를 거쳐서 케이싱(6)에 지지된 소음기(16)가 마련되며, 이 소음기(16)의 중앙부에, 그 내부에 리세스(18a)를 갖는 쉘 하우징(18)이 마련되어 있는 동시에, 상기 리세스(18a) 내에 발전기(19)가 수용되어 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)에 있어서, 상기 쉘 하우징(18)의 바닥부에, 상기 발전기(19) 내에 배치된 베어링을 윤활하고, 상기 발전기(19) 내로부터 적하된 윤활유를 저류하는 오일 저류부(23)가 형성되어 있으며, 이 오일 저류부(23)에 고인 윤활유는, 오일 저류부(23)와 연통하는 윤활유 배출관(25)을 거쳐서, 하류측에 배치된 오일 탱크로 중력에 의해 복귀되도록 되어 있다.

Description

하이브리드 배기 터빈 과급기{HYBRID EXHAUST TURBINE SUPERCHARGER}
본 발명은 하이브리드 배기 터빈 과급기, 특히, 선박용 내연 기관이나 육상 발전기용 내연 기관 등에 장착되는 하이브리드 배기 터빈 과급기에 관한 것이다.
이와 같은 하이브리드 배기 터빈 과급기로서는, 그 회전축이 과급기의 터빈 및 컴프레서의 회전축에 연결된 발전기를 구비한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2007-056790 호 공보
이와 같은 구성을 갖는 하이브리드 배기 터빈 과급기에서는, 컴팩트한데다가 고속 회전하는(약 1만 rpm으로 회전한다) 발전기의 회전축을 베어링 지지하는 베어링(예를 들어, 미끄럼 베어링)에 다량의 윤활유를 공급할 필요가 있다. 그렇지만, 베어링을 윤활한 오일을 중력에 의해 낙하시키는 공간을, 발전기의 치수를 확대하는 일 없이 그 내부에 마련하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 베어링에 다량의 윤활유를 공급할 수 있는 윤활유 순환 펌프와, 윤활후의 윤활유를 흡인하여 오일 탱크로 복귀시키는 윤활유 흡인 펌프를 구비하여야만 하므로, 제조비 및 보수 점검비가 커져 버린다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기의 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용했다.
본 발명에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기는 내연 기관으로부터 인도된 배기가스에 의해 구동되는 터빈부와, 이 터빈부에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기를 압송하는 컴프레서부와, 이들 터빈부 및 컴프레서부를 지지하는 케이싱을 갖고, 상기 컴프레서부의 상류측에 상기 내연 기관의 흡기 계통에 접속되고, 또한 상기 컴프레서부를 거쳐서 상기 케이싱에 지지된 소음기가 마련되어 있으며, 이 소음기의 중앙부에, 그 내부에 리세스를 갖는 쉘 하우징이 마련되어 있는 동시에, 상기 리세스 내에 발전기가 수용되어 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기로서, 상기 쉘 하우징의 바닥부에, 상기 발전기 내에 배치된 베어링을 윤활하고, 상기 발전기 내로부터 적하(滴下)한 윤활유를 저류(貯溜)하는 오일 저류부가 형성되어 있어, 이 오일 저류부에 고인 윤활유는 오일 저류부와 연통하는 윤활유 배출관을 거쳐서, 하류측에 배치된 오일 탱크로, 중력에 의해서 복귀되도록 되어 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기에 의하면, 발전기의 베어링을 윤활하여 오일 저류부에 적하된 윤활유는 윤활유 배출관을 통하여 오일 탱크로 중력에 의해(자연적으로) 복귀하게 되므로, 종래 필요했던 윤활유 흡인 펌프가 불필요하게 되어, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관은, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기를 구비하고 있으므로, 내연 기관 전체적으로의 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하도 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기의 종단면도,
도 2는 도 1에 도시하는 하이브리드 배기 터빈 과급기를 소음기의 옆에서 본 일부 절개 사시도,
도 3a는 도 1의 A-A 화살표에서 본 단면도,
도 3b는 도 1의 B-B 화살표에서 본 단면도.
이하, 본 발명에 의한 하이브리드 배기 터빈 과급기의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)는, 도시하지 않은 내연 기관(예를 들어, 디젤 엔진이나 가스 터빈 엔진 등)으로부터 인도된 배기가스(연소 가스)(2)에 의해 구동되는 터빈부(3)와, 이 터빈부(3)에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기(4)를 압송하는 컴프레서부(5)와, 이들 터빈부(3)와 컴프레서부(5) 사이에 마련되어 이들을 지지하는 케이싱(6)과, 플렉시블 커플링(flexible coupling)(21)을 거쳐서, 터빈부(3) 및 컴프레서부(5)의 회전축(7)에 연결된 회전축(19a)을 갖는 발전기(19)를 주요 요소로 하여 구성된 것이다.
케이싱(6)에는, 일단을 터빈부(3)측으로 돌출시키고, 타단을 컴프레서부(5) 측으로 돌출시킨 회전축(7)이 관통 삽입되어 있다. 이 회전축(7)은 케이싱(6)에 마련된 베어링(8)에 의해서, 축선 주위를 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 케이싱(6)에는 도시하지 않은 오일 탱크(윤활유 저장부)로부터 베어링(8)까지 윤활유를 공급하는 윤활유 공급로(9)가 마련되어 있다.
한편, 케이싱(6)의 하단부는, 회전축(7)의 축선 방향에 있어서 케이싱(6)을 한 점으로 지지하는[회전축(7)의 축선 방향과 직교하는 방향에 있어서는, 두 점 이상으로 지지하는 경우도 있음] 다리부(6a)로 되어 있고, 이 다리부(6a)는 마루면에 설치된 기대(基臺)(도시하지 않음)에 고정되도록 되어 있다. 즉, 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)의 중량은 이 다리부(6a)를 거쳐서 기대로 전달되도록 되어 있다.
또한 도면 중의 부호(P)는 펀칭 플레이트이다. 이 펀칭 플레이트(P)는 그 일단부가 터빈부(3)의 하단부에 고정되어 있는 동시에, 그 타단부가 케이싱(6)의 다리부(6a)와 마찬가지로, 기대에 고정되어 있다. 그리고, 이 펀칭 플레이트(P)는 다리부(6a)와 같이 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)의 중량을 지지하는 것을 주요 목적으로 하는 것이 아니고, 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)가 기대에 대해서 동요(진동)하지 않게 하면서, 케이싱(6)의 축선 방향의 열팽창을 받아들여 열응력의 발생을 방지하는 것을 주요 목적으로 하는 것이다.
터빈부(3)는, 상기 내연 기관의 배기 계통에 접속되어 배기가스(2)의 적어도 일부가 공급되는 배기가스 통로(10)와, 이 배기가스 통로(10) 내에 공급된 배기가스(2)의 흐름을 받아 회전 구동되는 터빈(11)을 갖고 있다.
터빈(11)은 터빈 로터(12)와 터빈 노즐(13)을 구비하고 있다. 터빈 로터(12)는, 회전축(7)의 일단부에 마련된 원반 형상의 터빈 디스크(12a)와, 이 터빈 디스크(12a)의 외주상에 장착된 날개형 단면을 갖는 복수매의 터빈 블레이드(12b)를 구비하고 있다.
또한, 터빈 노즐(13)은 복수매의 노즐 가이드 베인(13a)을 환상으로 배치하여 구성된 것으로써, 터빈 블레이드(12b)의 상류측에 배치되어 있다.
배기가스 통로(10)는, 상기 내연 기관의 배기 계통과 접속되어 노즐 가이드 베인(13a) 및 터빈 블레이드(12b)에 배기가스(2)를 인도하는 공급로(10a)와, 터빈(11)의 반경방향 외측을 향하여 마련되고, 터빈(11)을 통과한 배기가스(2)를 계통 외, 혹은 도시하지 않은 배기 정화 장치, 배기가스 보일러 등으로 인도하는 송출로(10b)를 갖고 있다.
컴프레서부(5)는, 회전 구동됨으로써 외기(4)를 직경 방향 외측으로 송출하는 컴프레서 익근차(14)와, 이 컴프레서 익근차(14)의 주위를 둘러싸서 컴프레서 익근차(14)가 송출한 외기(4)를 압축하는 소용돌이실(15)을 갖고 있다.
컴프레서 익근차(14)는, 회전축(7)의 타단부에 장착된 대략 원반 형상의 허브(14a)와, 이 허브(14a)의 외표면으로부터 반경 방향 외측을 향해 연장되는 동시에, 둘레 방향을 따라서 환상으로 마련된 복수매의 익근(14b)을 구비하고 있다.
컴프레서부(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 거쳐서 컴프레서 익근차(14)의 익근(14b)에 인도되도록 되어 있다. 또한, 컴프레서부(5)의 하류측에는, 도시하지 않은 인터쿨러나 서지 탱크 등이 마련되어 있어, 소용돌이실(15)을 통과한 외기(4)는 이들 인터쿨러나 서지 탱크 등을 통과한 후, 상기 내연 기관에 공급되도록 되어 있다.
소음기(16)의 중앙부에는, 그 내부에 허브(14a)의 단면을 향해 선세(先細) 되도록 형성된 리세스(18a)를 갖는 쉘 하우징(18)이 마련됨과 동시에, 리세스(18a) 내에는, (고속 유도) 발전기(19)가 수용되어 있다. 쉘 하우징(18)은 유입로(17) 내에 마련된 복수매(예를 들어, 4매)의 서포트(20)를 거쳐서 컴프레서부(5)[유입로(17)를 형성하는 반경방향 외측의 벽면]에 고정되어 있다. 그리고, 쉘 하우징(18)의 외측 표면은 유입로(17)를 형성하는 반경방향 내측의 벽면을 구성하고 있다.
발전기(19)는, 그 회전축(19a)이 전술한 회전축(7)과 동일 회전축선 상에 위치하도록 배치되어 있는 것과 동시에, 이 회전축(19a)은, 허브(14a)를 관통하여 소음기(16) 측으로 돌출하는 회전축(7)의 일단부 선단과, 커플링(21)을 거쳐서 연결되어 있다. 즉, 발전기(19)의 회전축(19a)은 회전축(7)과 함께 회전하도록 되어 있다.
그런데, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)의 쉘 하우징(18)의 정상부(상부) 내측(도 1에서 우측) 및 정면(도 1에서 좌측의 단면) 상부에는 각각, 리세스(18a) 내에 수용된 도시하지 않은 발전기(19)의 베어링(예를 들어, 미끄럼 베어링)에 윤활유를 인도하는 윤활유 입구(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 각 윤활유 입구에는 그 도중에 윤활유 순환 펌프(도시하지 않음)를 구비한 윤활유 공급관(22)의 일단이 접속되어 있다.
또한, 쉘 하우징(18)의 정면 바닥부(하부)에는 후술하는 오일 저류부(23)에 고인 윤활유(도시하지 않음)를 외부로 인도하는 윤활유 출구(24)가 마련되어 있고, 윤활유 출구(24)에는 배출된 윤활유를 전술한 오일 탱크로 인도하는 윤활유 배출관(25)이 접속되어 있다.
그리고, 오일 탱크의 바닥부(하부)에는 윤활유 공급관(22)의 타단이 접속되어 있고, 오일 탱크 내에 고인 윤활유는, 윤활유 순환 펌프에 의해 윤활유 공급관(22) 내로 압송되어 발전기(19)의 베어링을 윤활한 후, 오일 저류부(23) 및 윤활유 배출관(25)을 통해서 오일 탱크로 복귀되도록 되어 있다.
오일 저류부(23)는 쉘 하우징(18)의 길이 방향(도 1에서 좌우 방향)에 걸쳐서 연장됨과 동시에, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 단면으로 볼 때 대략 등변사다리꼴(isosceles trapezoid) 형상을 갖는 공간으로서, 쉘 하우징(18)의 바닥부(하부)에 마련되어 있다.
본 실시 형태에 따른 하이브리드 배기 터빈 과급기(1)에 의하면, 발전기(19)의 베어링을 윤활하여 오일 저류부(23)에 적하된 윤활유는 윤활유 출구(24)를 통해서 오일 탱크로 중력만에 의해(자연적으로) 복귀되게 되므로, 종래 필요했던 윤활유 흡인 펌프가 불필요하게 되어, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 필요에 따라서 변형 실시, 변경 실시할 수 있다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 윤활유 공급관(22)의 타단이 오일 탱크에 직접 접속되어 있지만, 이 윤활유 공급관(22)의 타단은 오일 탱크와 윤활유 공급로(9)를 연통하는 윤활유 공급관(도시하지 않음)에 접속해도 좋다.
이것에 의해, 윤활유 공급관(22)의 도중에 접속되어 있던 윤활유 순환 펌프가 불필요하게 되어, 제조비 및 보수 점검비의 가격 인하를 더욱 도모할 수 있다.
1 : 하이브리드 배기 터빈 과급기
2 : 배기가스
3 : 터빈부
4 : 외기
5 : 컴프레서부
6 : 케이싱
16 : 소음기
18 : 쉘 하우징
18a : 리세스
19 : 발전기
23 : 오일 저류부
25 : 윤활유 배출관

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 내연 기관으로부터 인도된 배기가스에 의해서 구동되는 터빈부와, 이 터빈부에 의해 구동되어 상기 내연 기관에 외기를 압송하는 컴프레서부와, 이들 터빈부 및 컴프레서부를 지지하는 케이싱을 갖고,
    상기 컴프레서부의 상류측에, 상기 내연 기관의 흡기 계통에 접속되고, 또한 상기 컴프레서부를 거쳐서 상기 케이싱에 지지된 소음기가 마련되어 있으며, 이 소음기의 중앙부에, 그 내부에 리세스를 갖는 쉘 하우징이 마련되어 있는 동시에, 상기 리세스 내에 발전기가 수용되어 있는 하이브리드 배기 터빈 과급기에 있어서,
    상기 쉘 하우징의 바닥부에, 상기 발전기 내에 배치된 베어링을 윤활하여, 상기 발전기 내로부터 적하된 윤활유를 저류하는 오일 저류부가 형성되어 있고, 이 오일 저류부에 고인 윤활유는 오일 저류부와 연통하는 윤활유 배출관을 거쳐서, 하류측에 배치된 오일 탱크로 중력에 의해 복귀되며,
    상기 윤활유 배출관은, 그 일단이 상기 오일 저류부의 정면 바닥부에 마련된 윤활유 출구에 접속되는 것을 특징으로 하는
    하이브리드 배기 터빈 과급기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오일 저류부는, 상기 쉘 하우징의 길이 방향에 걸쳐서 연장되는 동시에, 단면으로 볼 때 등변사다리꼴(isosceles trapezoid) 형상을 갖는 공간인 것을 특징으로 하는
    하이브리드 배기 터빈 과급기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 하이브리드 배기 터빈 과급기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
    내연 기관.
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