KR101443019B1

KR101443019B1 - 터보 과급기

Info

Publication number: KR101443019B1
Application number: KR1020147014036A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 이토; 게이이치 시라이시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-09-22
Also published as: JP2013139736A; JP5260724B2; CN103958851A; EP2799688A1; CN103958851B; WO2013099951A1; KR20140071504A; EP2799688A4

Abstract

가변율에 맞추어 내측 케이싱을 별도로 준비할 필요가 없어져, 내측 케이싱을 공용화할 수 있는 터보 과급기를 제공한다. 내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐(25)의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로(26)가 되도록 구성되고, 상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로(26)의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐(25)의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로(36)가 형성된 터보 과급기로서, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로(26)와 제2 배기가스 유로(36)를 구획하는 격벽(37)과, 상기 터빈 노즐(25)을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽(42)이, 어댑터 링(45)을 통하여 연속하도록 접속되어 있다.

Description

터보 과급기{TURBOCHARGER}

본 발명은, 예를 들면, 선박용 내연기관이나 발전용 내연기관 등의 대형 내연기관과 조합하여 사용되는 터보 과급기에 관한 것이다.

선박용 내연기관이나 발전용 내연기관 등의 대형 내연기관과 조합하여 사용되는 터보 과급기로서는, 내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고, 내측 케이싱의 내주측에, 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성된 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이로써, 기관 부하에 따라 터빈 노즐로 유입되는 배기가스 유입 면적을 2단계(제1 배기가스 유로만, 또는, 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로의 양방)로 변화시킬 수 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2010-216468호

특허문헌 1에 개시된 터보 과급기에서는, 가변율이 약 10%로 설정되어 있는, 즉, 외주측 부재(25b)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과, 내주측 부재(25a)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과의 비가, 9:1(90%:10%)이 되는 위치에 격벽(42)이 설치되어 있다.

그러나, 터보 과급기의 가변율로서는, 선박의 운항 조건 등에 따라 가변율이 약 15%로 설정된 것(또는, 그 이외의 가변율인 것)이 요구되는 경우가 있다. 즉, 외주측 부재(25b)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과, 내주측 부재(25a)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과의 비가, 8.5:1.5(85%:15%)가 되는 위치에 격벽(42)이 설치된 터빈 노즐을 구비한 터보 과급기가 유저로부터 요구되는 경우가 있다.

여기에서, 특허문헌 1에 개시된 터보 과급기의 가변율을 약 10%로부터 약 15%로 변경하려면, 외주측 부재(25b)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과, 내주측 부재(25a)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과의 비가, 8.5:1.5(85%:15%)가 되는 위치에 격벽(42)이 설치된 터빈 노즐과, 특허문헌 1의 도 1부터 도 4에 부호 37로 나타난 격벽이 터빈 노즐의 격벽에 맞도록 반경 방향 외측에 설치된 내측 케이싱을 준비하면 된다.

그러나, 이와 같이 터보 과급기의 가변율에 맞추어 내측 케이싱을 준비하게 되면, 내측 케이싱을 제작하기 위한 금형을 가변율에 맞추어 준비할 필요가 있어, 경제적이지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가변율에 맞추어 내측 케이싱을 별도로 준비할 필요가 없어져, 내측 케이싱을 공용화할 수 있는 터보 과급기를 제공한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 이하의 수단을 채용했다.

본 발명의 제1 양태에 관한 어댑터 링은, 내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께, 내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고, 상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성된 터보 과급기의, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽을, 연속하도록 접속하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태에 관한 터보 과급기는, 내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께, 내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고, 상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성된 터보 과급기로서, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽이, 어댑터 링을 통하여 연속하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제３ 양태에 관한 터보 과급기의 가변율 변경 방법은, 내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께, 내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고, 상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성되어 있으며, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽이, 어댑터 링을 통하여 연속하도록 접속된 터보 과급기의 가변율 변경 방법으로서, 상기 터빈 노즐과 상기 어댑터 링을 분리하고, 가변율이 상이한 터빈 노즐과, 이 터빈 노즐을, 외주측과 내주측으로 분할하는 격벽과, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽을 연속하도록 접속하는 어댑터 링을 장착하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 어댑터 링, 터보 과급기, 터보 과급기의 가변율 변경 방법에 의하면, 장착되어 있던 터빈 노즐과 어댑터 링을 분리하고, 가변율이 상이한 터빈 노즐과, 이 터빈 노즐에 대응하여 미리 준비해 둔 어댑터 링을 장착하는 것만으로, 터보 과급기의 가변율을 용이하고, 또한, 신속하게 변경할 수 있다.

즉, 가변율이 상이한 터빈 노즐에 대응하여 내측 케이싱을 별도로 준비할 필요가 없어져, 내측 케이싱을 공용화할 수 있다.

본 발명에 관한 터보 과급기에 의하면, 가변율에 맞추어 내측 케이싱을 별도로 준비할 필요가 없어져, 내측 케이싱을 공용화할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 터보 과급기의 터빈측을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 일부를 분해하고, 또한, 조감한 도이다.
도 3은 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 주요부 확대도이다.
도 4는 터빈 노즐을 가변율이 상이한 터빈 노즐로 변경한 도로서, 도 3과 동일한 도이다.

이하, 본 발명에 관한 배기 터빈 과급기의 일 실시형태에 대해, 도 1부터 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 관한 터보 과급기의 터빈측을 나타내는 단면도, 도 2는 도 1의 일부를 분해하고, 또한, 조감한 도, 도 3은 도 1의 주요부를 확대하여 나타내는 주요부 확대도, 도 4는 터빈 노즐을 가변율이 상이한 터빈 노즐로 변경한 도로서, 도 3과 동일한 도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 터보 과급기("배기 터빈 과급기" 라고 한다.)(10)는, 내연기관(도시하지 않음)의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 내연기관의 연소실(도시하지 않음) 내로 강제적으로 송입하는 것이다. 터보 과급기(10)는, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 터빈 동익(動翼)(30)과 터빈 동익(30)에 배기가스를 유도하는 터빈 노즐(25)을 구비하고 있다.

터보 과급기(10)는, 터빈(20)에 도입한 내연기관의 배기가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력에 의하여 로터축(31)의 타단부에 배치된 압축기(도시하지 않음)를 회전시켜, 고밀도로 압축한 압축 공기를 내연기관에 공급하도록 구성된, 예를 들면, 축류식의 터빈이다.

또한, 도 1 중에 격자 형상의 해칭으로 나타내는 부분은, 단열 및 방음의 목적으로 설치된 단열재(11)이다.

터빈(20)은, 별체의 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)을 체결 수단(예를 들면, 스터드 볼트(23) 및 너트(24))에 의하여 일체화하여, 내측 케이싱(21)과 외측 케이싱(22)과의 사이에 형성되는 공간이, 배기가스를 터빈 노즐(25)로 유도하기 위한 (제1) 배기가스 유로(메인 배기가스 유로)(26)가 되도록 구성된 가스 입구 케이싱(27)을 구비하고 있다.

이러한 2중 구조의 가스 입구 케이싱(27)에서는, 배기가스 유로(26)가 터빈(20)의 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있으며, 가스 입구 케이싱(27)의 가스 입구(27a)로부터 도 1 중에 화살표(Gi)로 나타내는 바와 같이 도입된 배기가스는, 배기가스 유로(26)를 통과하여 가스 출구(27b)로 유도된 후, 도 1 중에 화살표(Go)로 나타내는 바와 같이 하여 가스 출구 케이싱(28)의 출구로부터 외부로 배출된다. 또, 가스 출구(27b)는, 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 터빈 노즐(25)로 배기가스를 공급하도록 개구되어 형성되어 있다.

또한, 도 1 중의 부호 29는, 터빈 동익(30)의 하류측에 설치된 가스 안내통이다.

또, 터빈(20)은, 로터축(31)의 일단부에 설치된 로터 디스크(32)와, 이 로터 디스크(32)의 주연부에, 둘레 방향을 따라 장착된 다수의 터빈 동익(30)을 구비하고 있다. 터빈 동익(30)은, 터빈 노즐(25)의 출구가 되는 하류측에 근접하여 설치되어 있다. 그리고, 터빈 노즐(25)로부터 분출되는 고온의 배기가스가 터빈 동익(30)을 통과하여 팽창함으로써, 로터 디스크(32) 및 로터축(31)이 회전하도록 되어 있다.

상술한 2중 구조의 가스 입구 케이싱(27)에 있어서, 내측 케이싱(21)의 일단부는, 외측 케이싱(22)의 일단부에 체결 수단(예를 들면, 스터드 볼트(23) 및 너트(24))에 의하여 고정 지지되어 있다. 즉, 내측 케이싱(21)은, 로터 디스크(32)의 반대측이 되는 도면 우측의 케이싱 단부에 형성된 플랜지면(21a)과, 이 플랜지면(21a)에 대향하도록 형성된 외측 케이싱(22)의 플랜지면(22a)를 중첩한 상태로 하고, 이 상태에서 체결 수단(예를 들면, 너트(24))을 조임으로써 고정 지지되어 있다. 이들 플랜지면(21a, 22a)은, 모두 로터 디스크(32)와 일체로 회전하는 로터축(31)의 축방향과 직교하는 면으로 되어 있다.

또, 내측 케이싱(21)의 타단(로터 디스크(32)측의 단부) 내주부(타단부 내주측)는, 중공 원통 형상의 부재(33)가 볼트(34)를 통하여 결합되는(장착되는) 구조로 되어 있으며, 부재(33)의 단면(로터 디스크(32)측의 단면)에는, 터빈 노즐(25)을 형성하는 링 형상 부재인 노즐 링의 내주측 부재(25a)가 볼트(35)를 통하여 결합되어(장착되어) 있다. 일반적으로 노즐 링으로 불리며 터빈 노즐(25)을 형성하는 링 형상 부재는, 소정의 간격을 가지는 내주측 부재(25a)와 외주측 부재(25b)와의 사이를 격벽(구획 부재)(42)으로 구획한(나눈) 2중 링 구조로 되어 있다.

한편, 터빈 노즐(25)을 형성하는 노즐 링의 외주측 부재(25b)는, 가스 입구측(가스 출구(27b)의 측)의 단부 내주면(25c)이 나팔 형상으로 확경되어 있다. 또, 외측 케이싱(22)의 로터 디스크(32)측의 단부에는, 외측 케이싱(22)의 내주면을 로터 디스크(32)의 방향으로 절곡하도록 하여 형성된 단차부(22b)가 형성되어 있다. 그리고, 이 단차부(22b)와, 노즐 링의 가스 입구측의 단부에 형성된 단차부(25d)가 축방향에서 걸어 맞춰지도록(끼워 맞춰지도록) 구성되어 있다.

또한, 노즐 링의 외주측 부재(25b)에는, 가스 출구측(터빈 동익(30)의 측)이 되는 단부에 가스 안내통(29)이 연결되어 있다. 노즐 링의 외주측 부재(25b)와 가스 안내통(29)과의 연결부는, 서로의 단부끼리를 끼워 맞춘 인로우 구조로 되어 있다.

내측 케이싱(21)의 내주측(반경 방향 내측)에는, 배기가스 유로(26)의 도중에서 분기된 배기가스를 터빈 노즐(25)의 내주측(반경 방향 내측)으로 유도하는 (제2) 배기가스 유로(서브 배기가스 유로)(36)가, 터빈(20)의 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 이 배기가스 유로(36)는, 배기가스 유로(26)의 내주측(반경 방향 내측)에 형성되어 있으며, 배기가스 유로(26)와 배기가스 유로(36)는, 내측 케이싱(21)을 형성하는 격벽(37)에 의하여 구획되어 있다.

또, 내측 케이싱(21)의 일단 내주부(일단부 내주측)에는, 제어장치(도시하지 않음)에 의하여 자동적으로 개폐되는 개폐 밸브(예를 들면, 버터플라이 밸브)(41)를 접속하기 위한 플랜지(39), 및 배관(38) 일단을 접속하기 위한 플랜지(40)가 설치되어 있으며, 개패 밸브(41)에는, 배관(38)의 타단이 접속되어 있다. 그리고, 배기가스 유로(26)의 도중에서 분기된 배기가스는, 플랜지(39), 개패 밸브(41), 배관(38), 플랜지(40)를 통과하여 배기가스 유로(36)로 유도되도록 되어 있다.

터빈 노즐(25)은, 그 반경 방향의 도중 위치에 터빈 노즐(25)을, 반경 방향 내측과 반경 방향 외측으로 분할하는 격벽(42)을 가지고 있다. 즉, 터빈 노즐(25)의 근원측(노즐 링의 내주측 부재(25a)의 측)에는, 그 내주면(반경 방향 내측의 표면)(42a)이, 격벽(37)의 내주면(반경 방향 내측의 표면)(37a)과 동일 평면을 형성함과 함께, 터빈 노즐(25)의 내주측과 외주측을 구획하는 격벽(42)이 설치되어 있다.

격벽(42)의 내주면(42a)은, 격벽(37)의 내주면(반경 방향 내측의 표면)(37a)과 동일 평면을 형성함과 함께, 로터축(31) 및 노즐 링의 내주측 부재(25a)와 대략 평행으로 되어 있다.

또, 격벽(42)의 외주면(외주측)(42b)은, 배기가스 유로(26)로부터 외주측의 터빈 노즐(25)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측(도 3에 있어서 우측으로부터 좌측)을 향하여 터빈 노즐(25)의 내주측으로 경사지는 테이퍼 형상으로 되어 있다.

외주측의 터빈 노즐(25)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측을 향하여 테이퍼 형상으로 되어 있는 격벽(42)의 외주면(42b)은, 그 테이퍼의 각도가, 예를 들면, 20° 정도로 되어 있다.

터빈 노즐(25)과 격벽(37)과의 사이에는, 정면에서 볼 때(평면에서 볼 때) 환 형상을 나타내는 어댑터 링(45)이 설치되어 있다.

어댑터 링(45)은, 격벽(42)의 내주면(42a)과 격벽(37)의 내주면(37a)을 연속하도록 접속하고, 또한, 격벽(42)의 내주면(42a) 및 격벽(37)의 내주면(37a)과 동일 평면을 이루도록 형성된 내주면(반경 방향 내측의 표면)(45a)과, 격벽(42)의 외주면(42b)과 격벽(37)의 외주면(37b)을 연속하도록 접속하고, 또한, 격벽(42)의 외주면(42b)과 동일 평면을 이루도록 형성된 (제1) 외주면(반경 방향 외측의 표면)(45b), 및 격벽(37)의 외주면(37b)과 동일 평면을 이루도록 형성된 (제2) 외주면(반경 방향 외측의 표면)(45c)을 구비하고 있다.

또, 어댑터 링(45)은, 배기가스의 상류측에 위치하는 일단면(45d)과, 격벽(37)의 배기가스의 하류측에 위치하는 단면(37c)이 접하도록 하여, 볼트(46)를 통하여 결합되어(장착되어) 있다.

또한, 터빈 노즐(25)은, 격벽(42)의 배기가스의 상류측에 위치하는 단면(42c)과, 어댑터 링(45)의 배기가스의 하류측에 위치하는 타단면(45e)이 접하도록 하여, 볼트(35)를 통하여 결합되어 있다.

또, 격벽(42) 및 어댑터 링(45)은, 외주측 부재(25b)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과, 내주측 부재(25a)와 격벽(42)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과의 비가, 9:1(90%:10%)이 되는 위치에 설치되어 있다.

다음으로, 이와 같이 구성된 터보 과급기(10)에 있어서의 배기가스의 흐름에 대해 설명한다.

예를 들면, 내연기관의 부하가 낮아, 배기가스의 양이 적은 경우에는, 개패 밸브(41)가 전체 폐쇄 상태가 되고, 내연기관의 부하가 높아, 배기가스의 양이 많은 경우에 개패 밸브(41)가 전체 개방 상태가 된다.

즉, 내연기관의 부하가 낮아, 배기가스의 양이 적은 경우에는, 가스 입구 케이싱(27)의 가스 입구(27a)로부터 도입된 배기가스의 전량이, 배기가스 유로(26)를 통과하여 가스 출구(27b)로 유도된다. 가스 출구(27b)로 유도된 배기가스는, 가스 출구(27b)로부터 터빈 노즐(25)의 외주측(외주측 부재(25b)와 격벽(42)으로 구획된 공간 내)으로 유도된다.

터빈 노즐(25)의 외주측으로 유도된 배기가스는, 터빈 노즐(25)에 설치되어 있는 격벽(42)의 외주면(42b)이 터빈 노즐(25)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측을 향하여 하강 경사진 테이퍼 형상으로 되어 있으므로, 테이퍼 형상의 격벽(42)의 외주면(42b)을 따라 터빈 노즐(25)의 내주측으로 흐른다. 이로 인하여, 터빈 노즐(25)의 하류측으로부터 도출되는 배기가스는, 터빈 동익(30)의 전체에 걸쳐서 유도되게 된다. 이와 같이 터빈 동익(30)의 전체로 유도된 배기가스는, 터빈 동익(30)을 통과할 때에 팽창하여 로터 디스크(32) 및 로터축(31)을 회전시킨다.

한편, 내연기관의 부하가 높아, 배기가스의 양이 많은 경우에는, 가스 입구 케이싱(27)의 가스 입구(27a)로부터 도입된 배기가스의 대부분(약 70~95%)이, 배기가스 유로(26)를 통과하여 가스 출구(27b)로 유도되고, 가스 입구 케이싱(27)의 가스 입구(27a)로부터 도입된 배기가스의 일부(약 5~30%)가, 플랜지(39), 개패 밸브(41), 배관(38), 플랜지(40), 배기가스 유로(36)를 통과하여 가스 출구(36a)로 유도된다.

가스 출구(27b)로 유도된 배기가스는, 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 개구하는 가스 출구(27b)로부터 터빈 노즐(25)의 외주측(외주측 부재(25b)와 격벽(42)으로 구획된 공간 내)으로 유도된다.

터빈 노즐(25)의 외주측으로 유도된 배기가스는, 터빈 노즐(25)에 설치되어 있는 격벽(42)의 외주면(42b)이 터빈 노즐(25)의 하류측을 향하여 하강 경사진 테이퍼 형상으로 되어 있으므로, 테이퍼 형상의 격벽(42)의 외주면(42b)을 따라 흐른다. 이로 인하여, 터빈 노즐(25)의 하류측으로부터 도출되는 배기가스는, 터빈 동익(30)의 전체에 걸쳐서 유도되게 된다. 이와 같이 터빈 동익(30)의 전체로 유도된 배기가스는, 터빈 동익(30)을 통과할 때에 팽창하여 로터 디스크(32) 및 로터축(31)을 회전시킨다.

한편, 가스 출구(36a)로 유도된 배기가스는, 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 개구하는 가스 출구(36a)로부터 터빈 노즐(25)의 내주측(내주측 부재(25a)와 격벽(42)으로 구획된 공간 내)으로 유도된다.

터빈 노즐(25)의 내주측으로 유도된 배기가스는, 터빈 노즐(25)에 설치되어 있는 격벽(42)의 내주면(42a)을 따라 흐른다. 이로 인하여, 터빈 노즐(25)의 하류측으로부터 도출되는 배기가스는, 터빈 동익(30)의 내주측으로 유도되게 된다. 이와 같이 터빈 동익(30)의 내주측으로 유도된 배기가스는, 터빈 동익(30)을 통과할 때에 팽창하여 로터 디스크(32) 및 로터축(31)을 회전시킨다.

이와 같이, 배기가스가 터빈 동익(30)을 통과할 때에 팽창하여 로터 디스크(32) 및 로터축(31)을 회전시킴으로써, 로터축(31)의 타단부에 설치된 압축기가 구동되어, 내연기관에 공급하는 공기가 압축된다.

또한, 압축기로 압축되는 공기는, 필터(도시하지 않음)를 통과하여 흡입되고, 터빈 동익(30)에서 팽창한 배기가스는, 가스 출구 안내통(29) 및 가스 출구 케이싱(28)으로 유도되어 외부로 유출된다.

또, 개패 밸브(41)는, 예를 들면, 압축기로부터 송출(토출)되는 공기의 압력, 또는 내연기관의 연소실로 공급되는 공기의 압력이 절대 압력으로 0.2MPa(2bar)보다 낮은 경우, 즉, 내연기관이 저부하 운전되고 있는 경우에 전체 폐쇄 상태가 되고, 압축기로부터 송출(토출)되는 공기의 압력, 또는 내연기관의 연소실에 공급되는 공기의 압력이 절대 압력으로 0.2MPa(2bar) 이상인 경우, 즉, 내연기관이 고부하 운전되고 있는 경우에 전체 개방 상태가 된다.

그런데, 본 실시형태에 관한 터보 과급기(10)에서는, 터빈 노즐(25)을 도 4에 나타내는 터빈 노즐(55)로 바꿈과 함께, 어댑터 링(45)을 도 4에 나타내는 어댑터 링(75)으로 바꿀 수 있다.

터빈 노즐(55)은, 그 반경 방향의 도중 위치에 터빈 노즐(55)을, 반경 방향 내측과 반경 방향 외측으로 분할하는 격벽(62)을 가지고 있다. 즉, 터빈 노즐(55)의 근원측(노즐 링의 내주측 부재(25a)의 측)에는, 터빈 노즐(55)의 내주측과 외주측을 구획하는 격벽(62)이 설치되어 있다.

격벽(62)의 내주면(62a)은, 격벽(37)의 내주면(반경 방향 내측의 표면)(37a)보다 반경 방향 외측에 위치하여, 격벽(37)의 내주면(37a)과 평행한 면을 형성함과 함께, 로터축(31) 및 노즐 링의 내주측 부재(25a)와 대략 평행으로 되어 있다.

또, 격벽(62)의 외주면(외주측)(62b)은, 배기가스 유로(26)로부터 외주측의 터빈 노즐(55)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측(도 4에 있어서 우측으로부터 좌측)을 향하여 터빈 노즐(55)의 내주측으로 경사지는 테이퍼 형상으로 되어 있다.

외주측의 터빈 노즐(55)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측을 향하여 테이퍼 형상으로 되어 있는 격벽(62)의 외주면(62b)은, 그 테이퍼 각도가, 예를 들면, 20° 정도로 되어 있다.

어댑터 링(75)은, 격벽(62)의 내주면(62a)과 격벽(37)의 내주면(37a)을 연속하도록 접속하고, 또한, 배기가스 유로(36)로부터 내주측의 터빈 노즐(55)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측(도 4에 있어서 우측으로부터 좌측)을 향하여 터빈 노즐(55)의 외주측으로 경사지는 테이퍼 형상으로 된 내주면(반경 방향 내측의 표면)(75a)과, 격벽(62)의 외주면(62b)과 격벽(37)의 외주면(37b)을 연속하도록 접속하고, 또한, 배기가스 유로로부터 외주측의 터빈 노즐(55)로 유도되는 배기가스의 상류측으로부터 하류측(도 4에 있어서 우측으로부터 좌측)을 향하여 터빈 노즐(55)의 외주측으로 경사지는 테이퍼 형상으로 된 외주면(반경 방향 외측의 표면)(75b)을 구비하고 있다.

또, 어댑터 링(75)은, 배기가스의 상류측에 위치하는 일단면(75d)과, 격벽(37)의 배기가스의 하류측에 위치하는 단면(37c)이 접하도록 하여, 볼트(46)를 통하여 결합되어(장착되어) 있다.

또한, 터빈 노즐(55)은, 격벽(62)의 배기가스의 상류측에 위치하는 단면(62c)과, 어댑터 링(75)의 배기가스의 하류측에 위치하는 타단면(75e)이 접하도록 하여, 볼트(35)를 통하여 결합되어 있다.

또, 격벽(62) 및 어댑터 링(75)은, 외주측 부재(25b)와 격벽(62)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과, 내주측 부재(25a)와 격벽(62)과의 사이에 형성되는 스로트 면적과의 비가, 8.5:1.5(85%: 15%)가 되는 위치에 설치되어 있다.

또한, 도 4에 있어서, 도 3과 동일한 부재에는 도 3과 동일한 부호를 붙이고, 여기에서는 이들 부재에 대한 설명은 생략한다.

또, 터빈 노즐(55) 및 어댑터 링(75)을 구비한 터보 과급기에 있어서의 배기가스의 흐름도, 터빈 노즐(25) 및 어댑터 링(45)을 구비한 터보 과급기(10)와 동일하므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에 관한 어댑터 링(45, 75), 터보 과급기(10), 터보 과급기(10)의 가변율 변경 방법에 의하면, 장착되어 있던 터빈 노즐(25)과 어댑터 링(45)을 분리하고, 가변율이 상이한 터빈 노즐(55)과, 이 터빈 노즐(55)에 대응하여 미리 준비해 둔 어댑터 링(75)을 장착하는 것만으로, 터보 과급기(10)의 가변율을 용이하고, 또한, 신속하게 변경할 수 있다.

즉, 가변율이 상이한 터빈 노즐(55)에 대응하여 내측 케이싱(21)을 별도로 준비할 필요가 없어, 내측 케이싱(21)을 공용화할 수 있다.

다만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 필요에 따라서 변형 실시, 변경 실시할 수 있다.

예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 가변율을 약 10%와 약 15%로 설정한 것을 하나의 구체예로서 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 적절히 필요에 따라서 선택할 수 있다.

또, 상술한 실시형태에서는, 장착되어 있던 터빈 노즐(25)과 어댑터 링(45)을 분리하고, 가변율이 상이한 터빈 노즐(55)과, 이 터빈 노즐(55)에 대응하여 미리 준비해 둔 어댑터 링(75)을 바꾸는 순서를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 터빈 노즐(55)과 어댑터 링(75)이 미리 장착되어 있던 경우에는, 터빈 노즐(55)과 어댑터 링(75)을 분리하고, 가변율이 상이한 터빈 노즐(25)과, 이 터빈 노즐(25)에 대응하여 미리 준비해 둔 어댑터 링(45)을 바꾸도록 해도 된다.

또, 상술한 실시형태에서는, 격벽(42)의 외주면(42b)의 테이퍼 각도를 20° 정도로 하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 터빈 노즐(25)의 하류측으로부터 터빈 동익(30)으로 유도되는 배기가스가 터빈 동익(30)의 전체로 유도되는 각도이면 어떠한 각도여도 된다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 노즐 링의 격벽(42)의 외주면(42b)이 터빈 노즐(25)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 점차 하강 경사지는 테이퍼 형상으로 하여 설명했지만, 개패 밸브(41)를 폐쇄했을 때 하류측을 향하여 배기가스 흐름을 터빈 노즐(25)의 내주측으로 유도하는 형상, 예를 들면, 원뿔면 형상이거나 곡면 형상이어도, 터빈 노즐(25)을 통과한 배기가스가 터빈 동익(30)의 근원측으로 유도되는 형상이면 된다.

또, 상술한 실시형태에서는, 터빈 노즐(25)과 어댑터 링(45), 터빈 노즐(55)과 어댑터 링(75)이 각각 별체물로서 제작된 것을 일 구체예로서 들어 설명했지만, 터빈 노즐(25)과 어댑터 링(45), 터빈 노즐(55)과 어댑터 링(75)을 각각 일체물로서 제작해도 된다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 축류 터빈을 이용하여 설명했지만, 원심식/사류(斜流)식의 터빈이나, 파워 터빈 등의 회전 기계에도 적용 가능하다.

10 터보 과급기
21 내측 케이싱
22 외측 케이싱
25 터빈 노즐
26 (제1) 배기가스 유로
36 (제2) 배기가스 유로
37 격벽
42 격벽
45 어댑터 링
55 터빈 노즐
62 격벽
75 어댑터 링

Claims

내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께,
내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고,
상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성된 터보 과급기의,
상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽을, 연속하도록 접속하는 것을 특징으로 하는 어댑터 링.
내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께,
내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고,
상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성된 터보 과급기로서,
상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽이, 어댑터 링을 통하여 연속하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
내연기관의 연소용 공기를 압축하여, 밀도가 높은 공기를 상기 내연기관의 연소실 내로 강제적으로 송입함과 함께,
내측 케이싱과 외측 케이싱과의 사이에 형성되는 공간이, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기가스를 터빈 노즐의 외주측으로 유도하기 위한 제1 배기가스 유로가 되도록 구성되고,
상기 내측 케이싱의 내주측에는, 상기 제1 배기가스 유로의 도중에서 분기된 배기가스를 상기 터빈 노즐의 내주측으로 유도하기 위한 제2 배기가스 유로가 형성되어 있으며,
상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽과, 상기 터빈 노즐을, 상기 외주측과 상기 내주측으로 분할하는 격벽이, 어댑터 링을 통하여 연속하도록 접속된 터보 과급기의 가변율 변경 방법으로서,
상기 터빈 노즐과 상기 어댑터 링을 분리하고,
가변율이 상이한 터빈 노즐과, 이 터빈 노즐을, 외주측과 내주측으로 분할하는 격벽과, 상기 내측 케이싱을 형성함과 함께, 상기 제1 배기가스 유로와 제2 배기가스 유로를 구획하는 격벽을 연속하도록 접속하는 어댑터 링을 장착하도록 한 것을 특징으로 하는 터보 과급기의 가변율 변경 방법.