KR101547092B1 - 과급기용 사일런서 - Google Patents

Abstract

이 과급기용 사일런서는, 외기 도입 덕트에 연결되는 흡기 하우징 (H) 을 구비하고, 과급기 본체의 공기 흡입구에 장착됨으로써 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 방사 방향 외방으로부터 흡입되는 흡기의 소음을 실시하는 과급기용 사일런서 (30) 에 있어서, 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 복수의 흡음 스플리터 (2) 가 원주 방향으로 방사상으로 배치되고, 또한 복수의 흡음 스플리터 (2) 중 일부의 흡음 스플리터 (2) 의 정부의 방향이 나머지의 흡음 스플리터 (2) 의 정부의 방향과 상이하게 설치된다.

Description

과급기용 사일런서{SILENCER FOR SUPERCHARGER}

본 발명은, 예를 들어 선박용 기관과 같은 대형 디젤 기관의 과급기에 적용되는 과급기용 사일런서에 관한 것으로, 특히, 흡기 하우징을 구비하고 있는 과급기용 사일런서의 구조에 관한 것이다.

종래, 내연 기관의 연소용 공기를 압축하고, 밀도가 높은 공기를 연소실 내에 보내는 과급기가 알려져 있고, 예를 들어 선박용이나 발전용의 대형 디젤 기관에 있어서도 널리 사용되고 있다. 이와 같은 과급기는, 연소용 공기를 압축하는 압축기 및 압축기의 구동원이 되는 과급기 터빈이 동축이 되고, 케이싱 내에 수납되어 일체로 회전한다. 또한, 과급기 터빈은, 내연 기관의 배기 가스가 보유하는 에너지에 의해 구동된다.

종래의 과급기에는, 흡입 공기로부터 발생하는 소음 (騷音) 을 소음 (消音) 하기 위해, 예를 들어 하기의 특허문헌 1 에 개시되어 있는 과급기용 사일런서가 사용되고 있다. 이 과급기용 사일런서에서는, 사일런서 엘리먼트 (흡음체) 로서 2 회 접어 구부린 형상 (대략 Z 상) 의 흡음 스플리터를 채용하여, 소음 성능의 유지와 저압손화를 도모하고 있다. 이 흡음 스플리터는, 그 다수를 동 방향으로 조합하여 흡기 유로에 배치되어 있다.

즉, 예를 들어 도 4 및 도 5 에 나타내는 과급기용 사일런서 (1, 1A) 에서는, 흡음 스플리터 (2) 가, 흡기 유로의 입구부에 있어서, 원주 방향으로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다.

또, 다른 과급기용 사일런서에 있어서는, 대략 Z 상 대신에 곡선 형상 (원호상 등) 의 흡음 스플리터를 조합한 사일런서 엘리먼트를 채용한 것도 있다.

또, 일반적인 선박용 기관의 과급기용 사일런서 구조는, 예를 들어 도 4 에 나타내는 과급기용 사일런서 (1) 와 같이, 공기 흡입 하우징이 없기 때문에, 로터축을 기준으로 한 방사 방향으로부터 공기를 흡입하는 구조의 선내 흡기 방식으로 되어 있다.

한편, 흡기용의 덕트를 형성하여 선외로부터 직접 공기 (외기) 를 흡입하는 방식으로 한 선외 흡기 방식의 과급기용 사일런서 구조는, 선외로부터 온도가 낮은 공기를 과급기에 공급하여 기관의 연소 효율을 높이는 것이 가능해진다. 이와 같은 선외 흡기 방식의 사일런서 (1A) 에서는, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 사일런서 본체 (도 4 의 과급기용 사일런서 (1)) 를 둘러싸도록 하여 형성한 흡기 하우징 (H) 에 흡기용의 덕트 (도시 생략) 가 접속되어 있다.

일본 공개특허공보 평11-200969호

그런데, 상기 서술한 특허문헌 1 에 개시되어 있는 흡음 스플리터 (2) 등의 사일런서 엘리먼트는, 본원의 도 1 및 도 5 에 도시하는 흡기 하우징 (H) 이 없는 선내 흡기 방식의 과급기용 사일런서 (1) 에 적용하면, 도 4 에 화살표 F1 로 나타내는 바와 같이, 흡기 흐름 방향을 갖는 사일런서 엘리먼트에 대해 동일 방향으로부터 흡기가 통과한다. 이 때문에, 선내 흡기 방식의 과급기용 사일런서 (1) 에서는, 사일런서의 전체 둘레에 걸쳐서 거의 균일한 흡입이 가능해진다.

그러나, 본원의 도 1 및 도 5 에 도시하는 흡기 하우징 (H) 을 구비한 선외 흡기 방식의 과급기용 사일런서 (1A) 에서는, 흡기 하우징 (H) 에 개구하는 흡기 입구 (Hi) 의 축선 (L) 을 경계로 하여 사일런서 원주에 있어서의 흡기의 흡입 상태가 불균일해진다. 즉, 흡기의 유입 방향이 흡기 하우징 (H) 에 의해 한정되기 때문에, 흡음 스플리터 (2) 의 단면 형상과 흡기 흐름 방향 (F2) 의 관계는, 축선 (L) 을 경계로 하여 거의 반대가 된다. 이 때문에, 과급기용 사일런서 (1) 의 주위에 있어서는, 흡기의 흡입 상태가 불균일해진다. 이 결과, 흡기 하우징 (H) 을 구비한 종래의 과급기용 사일런서 (1A) 에서는, 사일런서 내부의 압력 손실이 증가함으로써, 과급기 성능의 저하가 우려된다.

이와 같은 배경으로부터, 흡기 하우징 (H) 을 구비한 과급기용 사일런서 (1A) 에 있어서는, 흡기 흐름 방향을 갖는 흡음 스플리터 (2) 와 같은 사일런서 엘리먼트에 대하여, 그 배치 구조를 개량하거나 하여 과급기 성능의 향상을 도모하는 것이 요망된다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 선외 흡기식의 흡기 하우징을 구비한 과급기용 사일런서에 있어서, 흡기 입구의 축선을 경계로 하여 사일런서 원주에 있어서의 흡기의 흡입 상태가 불균일해지는 것을 해소할 수 있는 과급기용 사일런서를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명에 관련된 과급기용 사일런서는, 외기 도입 덕트에 연결되는 흡기 하우징을 구비하고, 과급기 본체의 공기 흡입구에 장착됨으로써 상기 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 방사 방향 외방으로부터 흡입되는 흡기의 소음을 실시하는 과급기용 사일런서로서, 상기 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 복수의 사일런서 엘리먼트가 방사상으로 배치되고, 또한 상기 복수의 사일런서 엘리먼트 중 일부의 사일런서 엘리먼트의 정부 (頂部) 의 방향이 나머지의 사일런서 엘리먼트의 정부의 방향과 상이하게 설치되는 것이다.

이와 같은 과급기용 사일런서에 의하면, 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 복수의 사일런서 엘리먼트가 방사상으로 배치되고, 또한 복수의 사일런서 엘리먼트 중 일부의 사일런서 엘리먼트의 정부의 방향이 나머지의 사일런서 엘리먼트의 정부의 방향과 상이하게 설치된다. 이 때문에, 사일런서 엘리먼트의 단면 형상과 흡기 흐름 방향의 관계가 반대 방향이 되는 것이 감소하여, 흡기의 흡입 상태가 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 복수의 사일런서 엘리먼트의 정부의 로터축을 기준으로 한 방향은, 상기 흡기 하우징의 흡기 입구 개구 축선을 경계로 하여 상이한 방향으로 설치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 사일런서 엘리먼트의 단면 형상과 흡기 흐름 방향의 관계가 역방향이 되는 것을 확실하게 방지 또는 억제할 수 있다. 그리고, 흡기의 유속 분포가 균일화되고, 사일런서 내부에 있어서의 흡기의 흡입 분포도 균일해지기 때문에, 박리나 소용돌이에 의한 성능 저하를 억제할 수 있다.

또, 상기의 발명에 있어서, 상기 흡기 하우징 내에 있어서 흡기 흐름의 간섭을 방지하는 칸막이판을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 과급기는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 과급기용 사일런서를 구비한다. 따라서, 사일런서 엘리먼트의 단면 형상과 흡기 흐름 방향의 관계가 반대 방향이 되는 것이 감소하여, 흡기의 흡입 상태가 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 서술한 본 발명에 의하면, 흡기 하우징을 구비한 과급기용 사일런서에 있어서, 흡기 입구의 축선을 기준으로 하여 발생하는 좌우의 흡기의 흡입 상태가 불균일해지는 것을 해소하고, 사일런서 내부의 압력 손실 증가나 과급기 성능의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명에 관련된 과급기용 사일런서의 일 실시형태로서, 흡기 유로 내에 있어서의 사일런서 엘리먼트 배치예를 나타내는 종단면도 (로터축과 직교하는 방향의 단면도) 이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 과급기용 사일런서의 과급기에 대하여, 효율 (세로축) 과 컴프레서 압력비 (가로축) 의 관계를 종래 구조와 비교하여 나타내는 시험 결과의 도면이다.
도 3 은 본 발명에 관련된 과급기용 사일런서를 구비한 배기 터빈 과급기의 일 구성예를 나타내는 종단면도 (로터축 방향의 단면도) 이다.
도 4 는 선내 흡기 방식 (공기 흡입 하우징 없음) 의 과급기용 사일런서에 있어서, 사일런서 엘리먼트 배치의 종래예를 나타낸 종단면도이다.
도 5 는 선외 흡기 방식 (공기 흡입 하우징 형성) 의 과급기용 사일런서에 있어서, 사일런서 엘리먼트 배치의 종래예를 나타낸 종단면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 과급기용 사일런서에 대하여, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다.

도 3 은, 본 발명에 관련된 과급기용 사일런서를 구비한 배기 터빈 과급기의 구성예를 나타내는 종단면도이고, 본 발명에 관련된 과급기용 사일런서는, 이와 같은 배기 터빈 과급기 (10) 에 적용될 수 있는 것이다.

도시하는 배기 터빈 과급기 (10) 는, 예를 들어, 도시하지 않은 선박용 디젤 기관 (예를 들어, 저속 2 사이클 디젤 기관) 에 장착되어, 선박용 디젤 기관을 구성하는 실린더 라이너 (도시 생략) 의 내부와 연통하는 급기 매니폴드 (도시 생략) 에 압축된 공기를 공급하는 장치이다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 배기 터빈 과급기 (10) 는, 가스 입구 케이싱 (11), 가스 출구 케이싱 (12), 베어링 받침 (13), 및 컴프레서측의 공기 안내 케이싱 (14) 이, 볼트 (도시 생략) 에 의해 일체로 체결됨으로써 구성되어 있다. 로터축 (15) 은, 베어링 받침 (13) 내에 트러스트 베어링 (16) 및 래디얼 베어링 (17, 18) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 일단부에 터빈부를 구성하는 터빈 (19) 이 고정 결합되고, 타단부에 컴프레서부를 구성하는 컴프레서 날개차 (날개차) (20) 가 고정 결합되어 있다.

일단부측의 터빈 (19) 은, 외주부에 다수의 블레이드 (19a) 를 가지고 있다. 이 블레이드 (19a) 는, 가스 입구 케이싱 (11) 에 형성된 배기 가스 도입로 (22) 와, 가스 출구 케이싱 (12) 에 형성된 배기 가스 배출로 (23) 사이에 배치되어 있다.

한편, 타단부측의 컴프레서 날개차 (20) 는, 외주부에 다수의 블레이드 (20a) 를 가지고 있다. 이 블레이드 (20a) 는, 공기 안내 케이싱 (14) 에 형성된 흡입 공기 도입로 (흡기 유로) (24) 의 후방에 배치되어 있다. 흡입 공기 도입로 (24) 는, 컴프레서 날개차 (20) 를 개재하여 소용돌이실 (25) 에 접속되고, 또한 소용돌이실 (25) 은 도시하지 않은 흡입 공기 도입로를 개재하여 엔진의 연소실에 접속되어 있다.

상기 서술한 배기 터빈 과급기 (10) 는, 흡입 공기 도입로 (24) 의 상류측에 과급기용 사일런서 (30) 를 구비하고 있다. 이 과급기용 사일런서 (30) 는, 컴프레서부에서 압축하는 흡입 공기가 흡입 공기 도입로 (24) 에 흡입되는 전단 (상류측) 에, 즉 흡입 공기 도입로 (24) 의 입구부 상류측에 설치되는 장치이며, 흡입 공기를 통과시킴으로써 공기류를 정류하는 필터 기능과, 흡입 공기로부터 발생하는 소음을 흡수하는 소음 기능을 가지고 있다.

또, 이 과급기용 사일런서 (30) 는, 사일런서 본체 (31) 의 외주를 둘러싸도록 하여 형성한 흡기 하우징 (공기 흡입 하우징) (H) 에, 선외로부터 온도가 낮은 공기를 도입하기 위한 외기 도입 덕트 (도시 생략) 가 접속되어 있다. 따라서, 이 터빈 과급기 (10) 는, 흡기 하우징 (H) 을 구비한 선외 흡기 방식의 과급기용 사일런서가 된다.

이와 같이, 도 1 에 나타내는 과급기용 사일런서 (30) 는, 외기 도입 덕트에 연결되는 흡기 하우징 (H) 을 구비하고, 또한 배기 터빈 과급기 (과급기 본체) (10) 의 공기 흡입구에 장착됨으로써, 흡입 공기 도입로 (24) 를 개재하여 과급기 본체의 로터축을 기준으로 한 방사 방향의 외방으로부터 흡입되는 흡기의 소음을 실시하도록 구성되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 과급기용 사일런서 본체 (31) 에는, 흡기 유로 (24) 의 입구부에, 사일런서 엘리먼트가 되는 복수의 흡음 스플리터 (2) 가 설치되어 있다.

이 흡음 스플리터 (2) 는, 로터축 (15) 의 축 방향에 존재하는 외주로서 사일런서 본체 (31) 의 벽면 (32, 33) 과 대향하지 않는 외주가 알루미늄과 같은 금속제로 되고, 다수의 통공이 형성된 펀칭 메탈로 이루어지는 외주벽 (Pm) 에 의해 주위가 둘러싸여 있다. 또, 흡음 스플리터 (2) 의 외주벽 (Pm) 에는, 서로 역방향으로 굴곡하는 2 개의 굴곡부 (2a, 2b) 가 형성되고, 따라서, 각 흡음 스플리터 (2) 는 전체적으로 대략 Z 형의 단면 형상을 이루고 있다.

이와 같은 흡음 스플리터 (2) 는, 흡기 흐름 방향에 대해 유로 저항이 적어지도록 배치된다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 흡음 스플리터 (2) 를 사용하는 경우에는, 대략 Z 형의 단면 형상에 있어서 굴곡부의 정부 (2a) (2 개의 굴곡부 (2a, 2b) 중 직경 방향 외측의 굴곡부의 볼록 형상부) 가 일방향을 향하도록 (보다 구체적으로는, 도 5 와 같이, 모든 흡음 스플리트 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 가 로터축에서 본 경우에 모두 좌향 (다른 실시예에 있어서는 모든 흡음 스플리트 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 가 로터축에서 본 경우에 모두 우향) 이 되도록) 배치되는 것보다도, 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 가 흡기 흐름 방향 하류측의 방향 (요컨대 도 1 에 있어서의 화살표 F3 의 방향) 이 되도록 배치되면, 유로 저항이 작아진다.

그래서, 흡기 하우징 (H) 을 구비한 과급기용 사일런서 (30) 에서는, 적어도 일부의 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 의 로터축에서 본 방향이 상이하도록 설치된다.

여기서, 본 실시형태에 있어서의 흡음 스플리터 (2) 의 배치예를 구체적으로 설명하면, 도 1 의 흡음 스플리터 (2) 는, 흡기 하우징 (H) 의 흡기 입구 개구 (Hi) 의 축선 (L) (예를 들어, 로터축의 축선과 흡기 입구 개구의 중심을 통과하는 축선) 을 경계로 하여, 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 의 방향이 로터축을 기준으로 상이한 방향이 되도록 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 의 방향이, 축선 (L) 을 중심으로 하여 단면 형상이 대략 좌우 대칭이 되도록 배치되어 있다. 이 경우, 흡기 입구 개구 (Hi) 의 축선 (L) 은, 수평선으로부터 θ1 의 축선 경사 각도로 형성되어 있다. 이 축선 경사 각도 (θ1) 는 0 ∼ 90 도의 범위가 되고, 출구측의 각도 (θ2) 에 대해서도 0 도내지 θ1 이 된다. 따라서, 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 의 방향은, 축선 경사 각도 (θ1) 가 0 도에 가까운 경우, 외관상, 축선 (L) 을 중심으로 하여 대략 상하 대칭의 배치가 될 수도 있다.

또, 본 실시형태의 과급기용 사일런서 (30) 는, 흡기 하우징 내에서 흡기의 흐름이 간섭되지 않도록 칸막이판을 형성해도 된다. 보다 바람직하게는, 흡기 입구 개구 (Hi) 의 축선 (L) 상으로서, 흡기 하우징 내의 흡기 입구 개구 (Hi) 의 위치와는 반대가 되는 위치에 칸막이판 (40) 을 형성하여 흡기의 흐름이 간섭되는 것을 방지해도 된다.

또한, 도시하는 구성예에서는, 축선 (L) 의 좌우에서 흡음 스플리터 (2) 의 수가 22 장 또는 23 장으로 상이하지만, 이와 같은 방향이 상이한 수량 차이의 배치에 대해서도, 실질적으로는 좌우 대칭이라고 생각할 수 있다.

즉, 축선 (L) 을 경계로 한 사일런서 (30) 의 좌우에 있어서, 흡음 스플리터 (2) 는, 정부 (2a) 가 모두 흡기의 흐름 방향 하류측을 향하는 것과 같은 배치로 하여, 흡기 유로 (24) 의 입구부에 원주 방향으로 간격을 둔 방사상으로 배치되어 있다.

또한, 정부 (2a) 를 흡기의 흐름 방향 하류측을 향하게 하는 흡음 스플리터 (2) 의 배치는, 통과하는 흡기의 흐름 방향이 소정의 공기류 방향과 반대 방향이 되는 영역에 존재하는 모든 흡음 스플리터 (2) 를 대상으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 흡음 스플리터 (2) 의 굴곡부의 정부 (2a) 의 방향이, 축선 (L) 을 경계로 하여 선대칭이 되도록 배치되어 있으면, 흡기 하우징 (H) 에 도입된 흡기 (도 1 의 화살표 F3 을 참조) 는, 축선 (L) 을 경계로 하여 좌우 어느 쪽의 유로를 통과해도 소정의 흐름 방향으로 흘러 거의 동일한 압력 손실을 받는다. 따라서, 어느 쪽의 유로를 통과해도 압력 손실은 거의 동일해지고, 이 결과, 흡기의 흡입 상태가 축선 (L) 을 경계로 불균일해지는 것을 해소할 수 있으므로, 사일런서 내부의 압력 손실 증가나 과급기 성능의 저하를 방지할 수 있다.

즉, 축선 (L) 에 대해 좌우 대칭의 사일런서 엘리먼트 구조로 함으로써, 과급기용 사일런서 (30) 의 주위에 있어서는, 흡기 하우징 (H) 의 내부에 있어서의 흡기의 유속 분포나 흡입 분포가 균일화되어, 흐름의 박리나 소용돌이에 의한 과급기 성능의 저하를 억제할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 사일런서를 적용한 과급기는, 도 2 에 나타내는 시험 결과로부터 분명한 바와 같이, 종래 구조와의 비교에 있어서 저부하시의 과급 효율이 보다 개선되어 향상되어 있다.

그런데, 상기 서술한 실시형태에서는, 사일런서 엘리먼트를 흡음 스플리터 (2) 로서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 원호상 단면등과 같이, 소정의 흐름 방향을 갖는 다른 사일런서 엘리먼트에도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.

2 : 흡음 스플리터 (사일런서 엘리먼트)
2a, 2b : 정부
10 : 배기 터빈 과급기
15 : 로터축
20 : 컴프레서 날개차
24 : 흡입 공기 도입로
30 : 과급기용 사일런서
31 : 사일런서 본체
32, 33 : 벽면
H : 흡기 하우징
Hi : 흡기 입구 개구
L : 축선

Claims (5)

1. 외기 도입 덕트에 연결되는 흡기 하우징을 구비하고, 과급기 본체의 공기 흡입구에 장착됨으로써 상기 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 방사 방향 외방으로부터 흡입되는 흡기의 소음을 실시하는 과급기용 사일런서로서,
   상기 과급기 본체의 로터축을 기준으로 하여 복수의 사일런서 엘리먼트가 방사상으로 배치되고, 또한 상기 복수의 사일런서 엘리먼트 중 일부의 사일런서 엘리먼트의 정부 (頂部) 의 방향이 나머지의 사일런서 엘리먼트의 정부의 방향과 상이하게 설치되는 과급기용 사일런서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 사일런서 엘리먼트의 정부의 로터축을 기준으로 한 방향은, 상기 흡기 하우징의 흡기 입구 개구 축선을 경계로 하여 상이한 방향으로 설치되는 과급기용 사일런서.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡기 하우징 내에 있어서 흡기 흐름의 간섭을 방지하는 칸막이판을 추가로 구비하는 과급기용 사일런서.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 흡기 하우징 내에 있어서 흡기 흐름의 간섭을 방지하는 칸막이판을 추가로 구비하는 과급기용 사일런서.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 과급기용 사일런서를 구비하는 과급기.

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