KR101748883B1

KR101748883B1 - 터보 기계

Info

Publication number: KR101748883B1
Application number: KR1020110045088A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 막크; 요나스 푀빙
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2017-07-04
Also published as: CH703515A2; DE102010038527B4; KR20120011316A; CN102373967B; CN102373967A; DE102010038527A1; JP5319740B2; JP2012031853A; CH703515B1

Abstract

본 발명은 베어링 하우징(11)과 로터 하우징(12, 13)을 구비한 하우징(10), 다수의 미끄럼 베어링들(40, 41)에 의해 베어링 하우징(11)에 회전 가능하게 지지된 샤프트(30), 샤프트(30)와 연결되고 베어링 하우징(12, 13) 내에 배치된 로터(20, 21), 및 베어링 하우징(11)으로부터 로터 하우징(12, 13)까지의 샤프트(30)의 통로를 유체 통과에 대해 차단하는 패킹(50)을 포함하되, 다수의 미끄럼 베어링들(40, 41) 중의 적어도 하나의 미끄럼 베어링(40)은 패킹(50) 쪽을 향한 그 측면에 미끄럼 베어링(40)으로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출을 제한하는 밀봉 와셔(60)를 구비하고, 밀봉 와셔(60)는 베어링 하우징(11)에 고정되며, 밀봉 와셔(60)는 샤프트(30)가 반경 방향 유격을 두고 통과하는 통과 개구부(60b)를 구비하는 터보 기계(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 밀봉 와셔(60)는 통과 개구부(60b)와 유체 연통하는 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)를 구비하고, 그에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔(60)의 관통 개구부(60b)를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 밀봉 와셔(60)로부터 반경 방향으로 유출될 수 있다.

Description

터보 기계{TURBO MACHINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 터보 기계(turbo machine)에 관한 것이다.

서두에 언급된 타입의 터보 기계는 DE 1 243 465 B로부터 공지되어 있다. 그 문헌에 개시된 터보 기계는 로터를 지지하는 터보 기계의 샤프트가 베어링 하우징으로부터 로터 하우징까지 통과하는 통로를 유체 통과에 대해 차단하고 베어링 하우징 유체가 인가되는 미끄럼 베어링에 인접하게 배치된 패킹을 구비한다. 미끄럼 베어링으로부터 축 방향으로 유출되는 베어링 하우징 유체의 양은 패킹 쪽을 향한 미끄럼 베어링의 측면에 마련된 밀봉 와셔 또는 스러스트 와셔(thrust washer)에 의해 제한되는데, 베어링 하우징 유체는 밀봉 와셔에 있는 통과 개구부를 통해 축 방향으로 통과하여 흐를 수 있다.

밀봉 와셔의 통과 개구부를 통해 축 방향으로 통과하여 흐르는 베어링 하우징 유체는 인접한 패킹과 부딪치고, 불리한 조건 하에서는, 예컨대 베어링 하우징에 부압이 걸린 경우에는 패킹을 통해 터보 기계의 로터 하우징으로 유입될 수 있다.

본 발명의 과제는 패킹을 통해 유체가 스며들어오는 것을 훨씬 더 확실하게 방지하는 청구항 1의 전제부에 따른 터보 기계를 제공하는 것이다.

그러한 과제는 청구항 1에 따른 터보 기계에 의해 해결된다. 본 발명의 부가의 구성들은 종속 청구항들에 정의되어 있다.

본 발명에 따르면, 터보 기계는 베어링 하우징과 로터 하우징을 구비한 하우징, 다수의 미끄럼 베어링들에 의해 베어링 하우징에 회전 가능하게 지지된 샤프트, 샤프트와 연결되고 베어링 하우징 내에 배치된 로터, 및 베어링 하우징으로부터 로터 하우징까지의 샤프트의 통로를 유체 통과에 대해 차단하는 패킹을 포함하되, 다수의 미끄럼 베어링들 중의 적어도 하나의 미끄럼 베어링은 패킹 쪽을 향한 그 측면에 미끄럼 베어링으로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출을 제한하는 밀봉 와셔를 구비하고, 밀봉 와셔는 베어링 하우징에 고정되며, 밀봉 와셔는 샤프트가 반경 방향 유격을 두고 통과하는 통과 개구부를 구비한다. 본 발명에 따른 터보 기계는 밀봉 와셔가 통과 개구부와 유체 연통하는 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로를 구비하고, 그에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔의 관통 개구부를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 밀봉 와셔로부터 반경 방향으로 유출될 수 있는 것을 그 특징으로 한다.

밀봉 와셔(실링 와셔로도 지칭됨)는 터보 차저(turbo charger)와 같은 터보 기계에서 기본적으로 다음과 같은 3가지 기능들을 갖는다: 미끄럼 베어링의 베어링 부시의 축 방향 이동성을 제한하는 기능; 터보 기계 시리즈에 따라서는, 베어링 부시가 샤프트와 동반 회전하는 것을 적절한 포지티브 피트(positive fit)에 의해 방지하거나 베어링 부시의 동반 회전의 경우에 회전수에 영향을 미치는 기능; 및 베어링 부시로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출을 통제하는 기능.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 밀봉 와셔를 구비한 적어도 하나의 미끄럼 베어링은 레디얼(radial) 미끄럼 베어링이고, 베어링 부시는 레디얼 베어링 부시로서 형성된다.

본 발명자들은 패킹의 부근에 위치한 미끄럼 베어링에서 바람직하게는 윤활 오일과 같은 베어링 하우징 유체가 밀봉 와셔로부터 유출되는 것이 패킹에 베어링 하우징 유체가 비산되어 적셔지는 것에 영향을 미치고, 그에 따라 패킹의 밀봉성에 결정적인 영향을 미친다는 것을 인지하였다. 그러나 밀봉 와셔에 의한 통과 개구부(샤프트 통과)의 지름 감소는 샤프트의 예상되는 반경 방향 유격의 범위 내에서만 가능하다. 밀봉 와셔를 축 방향으로 더욱 길게 구성하는 것은 열 반출에 의해 베어링 메탈의 과열을 방지하는데 적어도 필요한, 밀봉 와셔를 통한 베어링 하우징 유체의 통과 흐름의 범위 내에서만 가능하다.

본 발명에 따라 마련되는 반경 방향으로 연장된 유체 통로에 의해, 밀봉 와셔를 통해 흐르는 베어링 하우징 유체의 흐름이 더 이상 패킹과 부딪치지 않도록 간단하고도 견고하게 전향되고, 그에 의해 패킹을 통한 유체의 통과가 더욱 확실하게 방지되게 된다. 본 발명에 따른 베어링 하우징 유체의 전향에 의해, 밀봉 와셔를 통한 베어링 하우징 유체의 통과 흐름이 미끄럼 베어링의 과열을 확실하게 방지할 정도의 크기로 이뤄지게 된다.

본 발명에 따른 다수의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들이 밀봉 와셔에 마련되어 밀봉 와셔로부터의 베어링 하우징 유체의 유출이 적절히 분배될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 다수의 유체 통로들을 마련함으로써, 각각의 개별 유체 통로의 횡단면이 더 작게 될 수 있고, 그에 의해 밀봉 와셔의 필요한 축 방향 구조 공간이 줄어들게 된다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로는 미리 정해진 각도로 수직 하향으로 연장되고, 그에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔의 통과 개구부를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 중력에 의해 반경 방향으로 유출될 수 있게 된다.

그와 같이 하여, 반경 방향으로 흘러나가는 베어링 하우징 유체를 저지하는 유체 저항이 감소하게 된다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 축 방향으로 밀봉 와셔는 미끄럼 베어링과 접경하고 통과 개구부에 대한 제1 안지름을 규정하는 제1 와셔 요소 및 축 방향으로 패킹 쪽으로 제1 와셔 요소에 연접하고 통과 개구부에 대한 제2 안지름을 규정하는 제2 와셔 요소로 분할되는데, 제1 와셔 요소와 제2 와셔 요소는 서로 연결된다.

그러한 본 발명의 구성에 의해, 제1 안지름을 미끄럼 베어링을 확실하게 냉각시키는데 충분한 베어링 하우징 유체의 통과 흐름을 허용하도록 하는 크기로 하고, 제2 안지름을 그 영역에서 베어링 하우징 유체의 통과 흐름이 최소화됨으로써 패킹이 밀봉 와셔로부터 비산되는 베어링 하우징 유체로부터 거의 차단되도록 구조적으로 가능한 범위 내에서 최소화하는 것이 가능하게 된다.

즉, 제2 안지름은 제2 와셔 요소의 위치에서 예상되는 샤프트의 최대 반경 방향 유격만큼만 딱 허용하는 크기로 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로는 제1 와셔 요소와 제2 와셔 요소에 의해 형성된다.

그와 같이 하여, 각각의 유체 통로를 형성하는데 필요한 윤곽들, 예컨대 개방된 윤곽들로서의 윤곽들이 제2 와셔 요소에 통합될 수 있는데, 제1 와셔 요소는 단지 개방된 윤곽들을 폐쇄하는 역할만을 한다. 그것은 바람직하게도 본 발명에 따른 방식으로 기존의 제1 와셔 요소와 짝을 이루는 제1 와셔 요소를 기존의 터보 기계에 간단하게 추가 설치하는 것을 가능하게 한다.

즉, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 밀봉 와셔는 적어도 하나의 스페이서를 구비하고, 그에 따라 제1 와셔 요소와 제2 와셔 요소 사이에 개재 공간이 형성되는데, 그 개개 공간에 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로가 배치된다.

적어도 하나의 스페이서는 제1 와셔 요소 쪽을 향한 제2 와셔 요소의 측면에 적어도 하나의 축 방향 리세스를 마련하되, 적어도 하나의 축 방향 리세스가 제2 와셔 요소 쪽을 향한 제1 와셔 요소의 측면과 함께 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로를 형성하고, 제2 와셔 요소의 측면의 리세스 없는 부분이 적어도 하나의 스페이서를 형성하도록 함으로써 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 제2 안지름과 샤프트의 바깥지름 사이에 환형 슬릿이 형성되는데, 제2 와셔 요소의 측면에 제2 안지름과 동축상으로 환형 채널이 마련되고, 그 환형 채널은 환형 슬릿 및 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로와 유체 연통한다.

제2 안지름을 통해 흐르는 모든 베어링 하우징 유체는 환형 채널을 통해 수집되어 본 발명에 따라 존재하는 반경 방향으로 연장된 유체 통로들에 분배될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 환형 슬릿은 환형 면을 구비하는데, 환형 채널은 환형 슬릿의 환형 면과 적어도 같은 크기의 횡단면을 갖는다.

그럼으로써, 환형 슬릿을 통해 유출될 수 있는 베어링 하우징 유체의 양을 환형 채널에 의해 확실하게 수용할 수 있고, 그에 따라 환형 슬릿을 통한 베어링 하우징 유체의 유출을 회피하는 것이 보장되게 된다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 마련되는 모든 반경 방향으로 연장된 유체 통로들의 총 횡단면 면적은 환형 채널의 횡단면 면적의 2배이다.

그럼으로써, 반경 방향으로 연장된 유체 통로들 전체에 의해 베어링 하우징 유체를 저지하는 흐름 저항이 환형 슬릿의 흐름 저항보다 더 작고, 그에 따라 환형 슬릿을 통한 베어링 하우징 유체의 유출을 회피하는 것이 보장되게 된다.

본 발명에 따르면, 패킹을 통해 유체가 스며들어오는 것을 훨씬 더 확실하게 방지하는 터보 기계가 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부 도면들을 참조해서 실시예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 터보 기계의 개략적인 길이 방향 단면 사시도.
도 2는 도 1의 터보 기계의 개략적인 길이 방향 단면도.
도 3은 도 1의 영역의 확대도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 밀봉 와셔가 도시된 도 1의 터보 기계의 개략적인 사시도.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 터보 기계(1)를 설명하기로 한다.

본 실시 형태에 따른 터보 기계(1)는 배기 가스 터보 차저 또는 동력 터빈으로서 형성될 수 있다. 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 실시 형태에서는, 터보 기계(1)가 배기 가스 터보 차저로서 형성된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 터보 기계(1)는 베어링 하우징(11)과 2개의 로터 하우징들(12, 13)을 갖는 하우징(10)을 구비한다. 2개의 로터 하우징들(유출 하우징부와 유입 하우징부를 각각 구비함)은 로터(20 또는 21)를 각각 수납하는데, 도 1의 좌측의 로터(20)는 터빈 로터로서 형성되고, 도 1의 우측의 로터(21)는 압축기 로터로서 형성된다. 이후의 설명에서, 터빈 로터를 제1 로터(20)라 지칭하고, 그에 속한 로터 하우징을 제1 로터 하우징(12)이라 지칭하기로 한다. 반면에, 압축기 로터를 제2 로터(21)라 지칭하고, 그에 속한 로터 하우징을 제2 로터 하우징(13)이라 지칭하기로 한다.

터보 기계(1)는 다수의 미끄럼 베어링들(40, 41)에 의해 베어링 하우징(11)에 회전 가능하게 장착된 샤프트(30)를 더 구비하는데, 그 샤프트(30)는 제1 로터(20)와 제2 로터(21)를 서로 고정적으로 연결한다.

그와 관련하여 언급하고자 하는 바는 동력 터빈은 하우징(10)에서의 및 경우에 따라 샤프트(30)의 베어링 장치에서의 상응하는 변경과 함께 제2 로터(21)가 없다는 것을 그 특징으로 한다는 것이다. 그 경우, 배기 가스의 감압 및 냉각에 의해 샤프트(30)를 경유하여 터빈 측에 전달되는 토크는 경우에 따라 전동 장치를 통해 전력 생산용 발전기에 전달된다.

여기서 도시된 바와 같이 배기 가스 터보 차저로서 형성되는 터보 기계(1)는 한편으로 샤프트(30)가 베어링 하우징(11)으로부터 나오는 출구에서 제2 로터 하우징(13)(압축기 측)으로부터의 공기의 유입에 대해 밀봉되어야 하고, 제1 로터 하우징(12)(터빈 측)으로부터 베어링 하우징(11)으로의 배기 가스의 유입에 대해 밀봉되어야 한다. 다른 한편으로, 샤프트 패킹들이 베어링 하우징 유체(여기서는 예컨대 윤활 오일)가 베어링 하우징(11)으로부터 연접된 압축기와 터빈의 로터 사이드 공간들로 유출되는 것을 방지하여야 한다. 여기서, 반경 방향 배기 가스 터보 차저와 축 방향 배기 가스 터보 차저 사이에는 샤프트 패킹들이 요구되는 것이 주로 배기 가스 측인지 또는 터빈 측인지의 구별이 있다. 또한, 터보 기계(1)의 작동 상태들에 의존하여 샤프트 패킹들 전후에서 상이한 작동 조건들이 설정된다.

도 3에는, 무접촉 래비린스 패킹(labyrinth packing)으로서 형성된 패킹(50)이 확대도로 도시되어 있는데, 그 패킹(50)은 베어링 하우징(11)으로부터 제1 로터 하우징(12)까지의 샤프트(30)의 통로를 규정하는 고정 하우징부에 의해 형성된 제1 패킹부(51) 및 샤프트(30)의 외연과 연결된 제2 패킹부(52)를 구비하고, 베어링 하우징(11)과 제1 로터 하우징(12) 사이의 유체 통과를 차단한다.

터보 기계(1)의 작동 시에, 제2 로터(21)의 출구에서의 압력이 인접한 로터 사이드 공간으로 연장된다. 제2 로터(21)의 로터 배후에 있는 스로틀 래비린스에도 불구하고, 베어링 하우징 쪽으로 패킹에 일정한 과압이 인가된다. 그러한 패킹의 임무는 베어링 하우징(11)으로의 공기의 유입 및 그에 따른 질량 흐름 손실[블로바이(blow-by)]을 가능한 한 낮게 유지하는 것이다. 여기서, 밀봉 지점의 전방에 부압이 걸리는 것은 오히려 예외적인 것으로, 또한 스로틀 래비린스 또는 로터 사이드 공간 에어 벤트(air vent)를 적절히 설계함으로써 방지될 수 있는 것이다. 즉, 패킹의 전방에 항상 과압이 걸리게 함으로써, 베어링 하우징(11)으로부터 비산되어 밀봉 지점에 인가되는 베어링 하우징 유체의 유출을 방지한다.

반경 방향 배기 가스 터보 차저[첨부 도면들에 도시된 터보 기계(1)와 같은]의 경우, 작동 시에 터빈 측에 유사한 상태가 설정된다. 터빈의 전방에서의 배기 가스 압력은 로터 사이드 공간에 유포되어 패킹(50)의 전방에 인가된다. 터보 기계(1)의 샤프트(30)의 회전수가 하한 영역에서 일정한 회전수를 밑돌지 않는 한, 그러한 조건은 바뀌지도 않는다. 즉, 패킹(50)의 전방에 항상 과압이 인가된다.

패킹(50)의 전방에서의 다른 조건은 소위 재윤활 작동 시에 설정된다. 그와 관련하여, 회전 어셈블리[로터들(20, 21) 및 샤프트(30)]가 정지해 있을 때에, 반입된 잔류 열을 반출하기 위해 터보 기계(1)의 미끄럼 베어링들(40, 41)을 재윤활한다. 그러한 재윤활 동안, 굴뚝 통풍(chimney draught)의 작용으로 인해 제1 로터 하우징(12)(터빈 측)의 유출 하우징부에 부압이 설정되는데, 그러한 부압은 제1 로터 하우징(12)과 베어링 하우징(11) 사이의 패킹(50)의 전방에까지 연장된다. 그 때문에, 패킹(50)은 그러한 작동 상태에도 맞춰 설계되어야 한다. 압력 강하로 인해 베어링 하우징 유체가 패킹(50)을 경유하여 터빈 측 로터 사이드 공간 쪽으로의 흡입되는 것을 방지하여야 한다.

본 발명에 따르면, 패킹(50) 및 그와 접경한 부품들은 베어링 하우징 유체가 베어링 하우징으로부터 샤프트(30)를 경유하여 제1 로터(20)의 로터 사이드 공간으로 유출되는 것을 확실하게 방지하도록 구성된다.

터보 기계(1)의 작동 시에, 패킹(50)에는 베어링 하우징 유체(여기서는 윤활 오일)가 비산되어 인가되는데, 이때 베어링 오일로서의 베어링 하우징 유체는 터보 기계(1)의 개개의 베어링 부품들로부터 유출된 것이다. 또한, 패킹(50)은 도 1의 좌측의 미끄럼 베어링(40)의 공급 구멍(오일 공급 구멍)으로부터의 직접적인 추가의 인가를 통해 베어링 하우징 유체(여기서는 비산 오일)로 적셔지는데, 그러한 적셔짐은 패킹 부품들을 냉각시키는 역할을 하고, 그에 따라 패킹(50) 내에서 베어링 하우징 유체가 코크스화되는 것을 방지하여야 한다. 여기서, 베어링 하우징(11)의 전방에는 과압 또는 부압이 유포될 수 있다. 패킹(50)에는 베어링 오일만이, 비산 오일만이, 그리고 베어링 오일과 비산 오일이 동시에 인가될 수 있다. 이때, 미끄럼 베어링(40)에 공급되는 베어링 하우징 유체의 온도와 압력이 변할 수 있는데, 그것은 본질적으로 패킹(50)에 인가되는 베어링 하우징 유체의 양과 유출 거동에 영향을 미치게 된다.

패킹(50)의 제2 패킹부(52)는 프로파일 형상으로 된 샤프트 섹션에 의해 형성되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 수축 끼워 맞춤에 의해 수축된 슬리브의 구성으로 제1 로터(20)(터빈 로터)의 전방에서 샤프트(30) 상에 형성된다. 패킹(50)의 제1 패킹부(51)는 베어링 하우징(11)의 별개의 부품에 의해 형성되는데, 그러한 별개의 부품은 본 실시 형태에서는 밀봉 커버로서 구성된다. 제1 패킹부(51)와 제2 패킹부(52)의 프로파일은 다수의 연속된 밀봉 슬릿들 및 반출 챔버들(54)을 갖는 것을 특징으로 하는 무접촉 캐치 래비린스(53)를 형성한다.

이미 언급된 바와 같이, 패킹(50)에 바로 접경한, 본 실시 형태에서는 레디얼 베어링 부시(40a)로서 형성되는 도 1의 미끄럼 베어링(40)의 부품으로부터 유출되는 베어링 하우징 유체가 패킹(50)에 비산되어 적셔진다. 이때, 부동 상태에 있는 레디얼 베어링 부시(40a)의 바깥쪽 시트는 밀봉 와셔(60)(실링 와셔로도 지칭됨)에 의해 축 방향으로 한정된다. 고정된 레디얼 베어링 부시(40a)(압착 오일 댐퍼의 타입)의 경우, 레디얼 베어링 부시(40a)의 단부 면에 있는 홈에 맞물리는 밀봉 와셔(60)는 레디얼 베어링 부시(40a)를 고정적으로 유지하는 역할을 한다[레디얼 베어링 부시(40a)가 동반 회전하지 않도록 하는 역할]. 동반 회전하는 레디얼 베어링 부시(40a)의 경우, 밀봉 와셔(60)는 레디얼 베어링 부시(40a)의 회전수에 결정적인 레디얼 베어링 부시(40a)의 축 방향 유격을 설정하는 기능을 갖는다. 아울러, 양자의 경우에 있어서 모두, 밀봉 와셔(60)는 레디얼 베어링 부시(40a)의 안쪽 및 바깥쪽 윤활 슬릿으로부터 유출되는 베어링 하우징 유체를 억제 또는 제한하는 역할도 하고, 그에 따라 미끄럼 베어링(40)의 감쇠 거동에 결정적인 영향을 미친다.

레디얼 베어링 부시(40a)로부터, 그에 따라 밀봉 와셔(60)의 안지름에서 유출되는 베어링 하우징 유체는 대부분의 경우 주로 패킹(50)의 제1 밀봉 슬릿에 인가된다. 아울러, 제1 패킹부(51)(밀봉 커버)의 주위 영역도 소량의 베어링 유체(액적 및 액무)에 의해 적셔진다. 그러한 소량의 베어링 하우징 유체가 제1 패킹부(51)에서 코크스화되는 것을 방지하기 위해, 그 영역은 분출 구멍(71)으로부터의 베어링 하우징 유체 제트에 의해 의도적으로 냉각되는데, 베어링 하우징 유체 제트는 제1 패킹부(51)의 상부 영역에서 그와 부딪친다. 분출 구멍(71)은 레디얼 베어링 부시(40a)의 베어링 하우징 유체 공급 구멍(70)과 연통한다. 또한, 제1 패킹부(51)는 터빈 측으로 부가의 커버(80)(여기서는 밀봉 커버)에 의해 제1 로터(20)의 로터 사이드 공간으로부터 분리된다.

이제, 도 4를 추가로 참조하여 본 발명에 따른 밀봉 와셔(60)를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 미끄럼 베어링(40)은 패킹(50) 쪽을 향한 그 측면에 밀봉 와셔(60)를 구비하고, 그에 따라 밀봉 와셔(60)는 미끄럼 베어링(40)으로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출을 제한한다.

밀봉 와셔(60)는 나사들(90)(도 2를 참조) 및 나사 구멍들(60a)(도 4를 참조)에 의해 베어링 하우징(11)에 고정되고, 샤프트(30)가 반경 방향 유격을 두고 통과하는 통과 개구부(60b)(도 2를 참조)를 구비한다.

축 방향으로, 밀봉 와셔(60)는 미끄럼 베어링(40)과 바로 접경하고 통과 개구부(60b)에 대한 제1 안지름(61a)을 규정하는 제1 와셔 요소(61)(실링 와셔) 및 축 방향으로 패킹(50) 쪽으로 제1 와셔 요소(61)에 연접하고 통과 개구부(60b)에 대한 제2 안지름(62a)을 규정하는 제2 와셔 요소(62)(또는 반출 실링 와셔)로 분할되는데, 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62)는 나사들(90) 및 나사 구멍들(60a)에 의해 서로 연결된다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 와셔 요소(62)는 제1 와셔 요소(61) 상에 직접 얹혀진다.

제2 안지름(62a)은 제2 와셔 요소(62)의 위치에서 예상되는 샤프트(30)의 최대 반경 방향 유격만큼만 딱 허용하는 크기로 된다. 환언하면, 제2 와셔 요소(62)는 그 제2 와셔 요소(62)의 위치에서 예상되는 샤프트(30)의 최대 반경 방향 유격과 관련하여 가능한 한 작은 샤프트 통과 지름을 갖는다.

제1 와셔 요소(61) 쪽을 향한 제2 와셔 요소(62)의 측면(63)에는 2개의 축 방향 리세스들(63a, 63b)이 마련되는데, 각각의 축 방향 리세스(63a, 63b)는 제2 와셔 요소(62) 쪽을 향한 제1 와셔 요소(61)의 측면(64)과 함께 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)를 각각 형성하고, 제2 와셔 요소(62)의 측면(63)의 리세스 없는 2개의 부분들(63c, 63d)은 스페이서를 각각 형성한다.

따라서 스페이서들은 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62) 사이에 개재 공간이 형성되되, 그 개재 공간에 2개의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)이 배치되도록 형성된다.

따라서 2개의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)은 모두 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62)에 의해 공통으로 형성된다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)은 수평선에 대해 60 내지 80도의 각도를 두고 수직 하향으로 각각 연장되고, 그에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔(60)의 통과 개구부(60b)를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 중력에 의해 밀봉 와셔(60)로부터 반경 방향의 아래쪽으로 유출될 수 있게 된다.

전술된 바와 같이, 제2 와셔 요소(62)와 제1 와셔 요소(61) 사이에는 간격이 유지되고, 그러한 간격은 바람직하게는 원하는 유체 반출 방향으로 리세스들 또는 채널들(63a, 63b)을 프레이즈 절삭함으로써 제2 와셔 요소(62)에 형성되는 계단부들 또는 스페이서들에 의해 구현된다. 구현되는 유체 반출 방향은 중력의 작용 방향과 일치하는 것이 이상적이다.

밀봉 와셔(60)의 조립 상태에서, 바람직하게는 천공된 제2 안지름(62a)과 샤프트(30)의 바깥지름(30a) 사이에 축 방향으로 유출되는 베어링 하우징 유체에 대항하는 스로틀 슬릿으로서 작용하는 환형 슬릿이 형성된다.

제2 와셔 요소(62)의 측면(63)에는 제2 안지름(62a)과 동축상으로 환형 채널(63e)이 마련되는데, 그 환형 채널(63e)은 환형 슬릿 및 2개의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)과 유체 연통한다.

환형 채널(63e)은 적어도 환형 슬릿에 의해 규정되는 환형 면과 같은 크기의 횡단면 면적을 갖는다. 환형 채널(63e)의 깊이는 샤프트가 통과하는 위치에서의 제2 와셔 요소(62)의 축 방향 길이와 일치하는 것이 바람직하다.

2개의 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)의 총 횡단면 면적은 환형 채널(63e)의 횡단면 면적의 2배이다. 환언하면, 샤프트(30)로부터 반경 방향으로 뻗어나가는 유체 통로들(FP, FP) 또는 채널들은 환형 채널(63e)의 횡단면의 2배에 해당하는 것이 바람직한 총 횡단면을 갖는다.

결과적으로, 밀봉 와셔(60)는 통과 개구부(60b)와 유체 연통하는 적어도 하나의, 여기서는 2개로 도시된 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP, FP)을 구비하고, 그에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔(60)의 통과 개구부(60b)를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 밀봉 와셔(60)로부터 반경 방향으로 유출될 수 있게 된다. 밀봉 와셔(60)의 제2 와셔 요소(62)는 제1 와셔 요소(61)로부터 축 방향으로 유출되는 베어링 하우징 유체의 대부분을 제1 와셔 요소(61)로부터의 유출 직후에 반경 방향으로 샤프트(30)로부터 다른 쪽으로 안내한다.

따라서 제2 와셔 요소(62)의 본질적인 작용은 베어링 하우징 유체를 반경 방향으로 안내하는 것의 흐름 저항을 축 방향 흐름 저항에 비해 감소시킨다는 것이다. 그 때문에, 제1 와셔 요소(61)로부터 축 방향으로 유출되는 베어링 하우징 유체의 대부분이 그로부터의 유출 직후에 반경 방향으로 흘러나가게 되는데, 그것은 제2 와셔 요소(62)와 샤프트(30) 사이의 환형 슬릿을 통한 통과 흐름이 베어링 하우징 유체를 저지하는 더 큰 흐름 저항을 수반하기 때문이다.

첨부 도면들에 도시되지 않은 본 발명의 또 다른 구성 형태들에 따르면, 제2 와셔 요소(62)로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출이 잔존하는 것을 하류에 연결된 하나 이상의 EH 다른 제2 와셔 요소(들)(62)의 사용에 의해 더욱 감소시키는 것이 가능하다.

1: 터보 기계 10: 하우징
11: 베어링 하우징 12, 13: 로터 하우징
20, 21: 로터 30: 샤프트
30a: 바깥지름 40, 41: 미끄럼 베어링
40a: 레디얼 베어링 부시 50: 패킹
51: 제1 패킹부 52: 제2 패킹부
53: 캐치 래비린스 54: 반출 챔버
55: 반출 홈 60: 밀봉 와셔
60a: 나사 구멍 60b: 통과 개구부
61: 제1 와셔 요소 61a: 제1 안지름
62: 제2 와셔 요소 62a: 제2 안지름
63, 64: 측면 63a, 63b: 리세스
63c, 63d: 리세스 없는 부분 63e: 환형 채널
70: 베어링 하우징 유체 공급 구멍 71: 분출 구멍
80: 커버 90: 나사
FP: 유체 통로

Claims

베어링 하우징(11)과 로터 하우징(12, 13)을 구비한 하우징(10), 다수의 미끄럼 베어링들(40, 41)에 의해 베어링 하우징(11)에 회전 가능하게 지지된 샤프트(30), 샤프트(30)와 연결되고 로터 하우징(12, 13) 내에 배치된 로터(20, 21), 및 베어링 하우징(11)으로부터 로터 하우징(12, 13)까지의 샤프트(30)의 통로를 유체 통과에 대해 차단하는 패킹(50)을 포함하되, 다수의 미끄럼 베어링들(40, 41) 중의 적어도 하나의 미끄럼 베어링(40)은 패킹(50) 쪽을 향한 그 측면에 미끄럼 베어링(40)으로부터의 베어링 하우징 유체의 축 방향 유출을 제한하는 밀봉 와셔(60)를 구비하고, 밀봉 와셔(60)는 베어링 하우징(11)에 고정되며, 밀봉 와셔(60)는 샤프트(30)가 반경 방향 유격을 두고 통과하는 통과 개구부(60b)를 구비하는 터보 기계(1)에 있어서,
밀봉 와셔(60)는 통과 개구부(60b)와 유체 연통하는 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)를 구비함에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔(60)의 통과 개구부(60b)를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 밀봉 와셔(60)로부터 반경 방향으로 유출될 수 있고,
적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)는 미리 정해진 각도로 수직 하향으로 연장됨에 따라 미끄럼 베어링 측에서 밀봉 와셔(60)의 통과 개구부(60b)를 통해 유입되는 베어링 하우징 유체가 중력에 의해 반경 방향으로 유출될 수 있는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
삭제
제1항에 있어서, 축 방향으로 밀봉 와셔(60)는 미끄럼 베어링(40)과 접경하고 통과 개구부(60b)에 대한 제1 안지름(61a)을 규정하는 제1 와셔 요소(61) 및 축 방향으로 패킹(50) 쪽으로 제1 와셔 요소(61)에 연접하고 통과 개구부(60b)에 대한 제2 안지름(62a)을 규정하는 제2 와셔 요소(62)로 분할되되, 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62)는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제3항에 있어서, 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)는 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제4항에 있어서, 밀봉 와셔(60)는 적어도 하나의 스페이서를 구비함에 따라 제1 와셔 요소(61)와 제2 와셔 요소(62) 사이에 개재 공간이 형성되되, 그 개재 공간에 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)가 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제5항에 있어서, 적어도 하나의 스페이서는 제1 와셔 요소(61) 쪽을 향한 제2 와셔 요소(62)의 측면(63)에 적어도 하나의 축 방향 리세스(63a, 63b)를 마련하되, 적어도 하나의 축 방향 리세스(63a, 63b)가 제2 와셔 요소(62) 쪽을 향한 제1 와셔 요소(61)의 측면(64)과 함께 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)를 형성하고, 제2 와셔 요소(62)의 측면(63)의 리세스 없는 부분(63c, 63d)이 적어도 하나의 스페이서를 형성하도록 함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제6항에 있어서, 제2 안지름(62a)과 샤프트(30)의 바깥지름(30a) 사이에 환형 슬릿이 형성되되, 제2 와셔 요소(62)의 측면(63)에 제2 안지름(62a)과 동축상으로 환형 채널(63e)이 마련되고, 그 환형 채널(63e)은 환형 슬릿 및 적어도 하나의 반경 방향으로 연장된 유체 통로(FP)와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제7항에 있어서, 환형 슬릿은 환형 면을 구비하되, 환형 채널(63e)은 환형 슬릿의 환형 면과 적어도 같은 크기의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제8항에 있어서, 마련되는 모든 반경 방향으로 연장된 유체 통로들(FP)의 총 횡단면 면적은 환형 채널(63e)의 횡단면 면적의 2배인 것을 특징으로 하는 터보 기계.
제3항에 있어서, 제2 안지름(62a)은 제2 와셔 요소(62)의 위치에서 예상되는 샤프트(30)의 최대 반경 방향 유격만큼만 허용하는 크기로 되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.