KR102027187B1 - 압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저 - Google Patents

압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저 Download PDF

Info

Publication number
KR102027187B1
KR102027187B1 KR1020157003811A KR20157003811A KR102027187B1 KR 102027187 B1 KR102027187 B1 KR 102027187B1 KR 1020157003811 A KR1020157003811 A KR 1020157003811A KR 20157003811 A KR20157003811 A KR 20157003811A KR 102027187 B1 KR102027187 B1 KR 102027187B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vane
diffuser
wall
flow path
vanes
Prior art date
Application number
KR1020157003811A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150036585A (ko
Inventor
고든 젠크스
Original Assignee
보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 보르그워너 인코퍼레이티드 filed Critical 보르그워너 인코퍼레이티드
Publication of KR20150036585A publication Critical patent/KR20150036585A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102027187B1 publication Critical patent/KR102027187B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/24Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by counter-rotating rotors subjected to same working fluid stream without intermediate stator blades or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/143Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005Repairing methods or devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B2037/125Control for avoiding pump stall or surge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/50Inlet or outlet
    • F05D2250/52Outlet
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

선택적으로 신축 가능한 베인들(38)을 구비한, 터보차저의 압축기단(12)을 위한 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)이 개시된다. 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은, 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 내로 연장되어, 기류 제어를 돕고 서지 마진을 향상시키거나 피크 단 효율을 향상시키는 것과 같이 압축기 단(12)의 작동 특성을 변화시킬 수 있는 신축식 베인(38) 또는 바람직하게는 베인 세트(40)를 포함한다. 디퓨저 실속 또는 서지 현상의 시작을 늦추는 등 유동을 최대화하기 위해 베인 없는 디퓨저로서의 작동이 요구되는 경우, 바람직하게 베인(38)은 베인 링(44)과 함게 디퓨저(18)의 벽(30 또는 32)의 공동(42) 내로 수축될 수 있다. 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은, 베인 없는 디퓨저의 더 높은 질량의 기류 수용량과, 베인을 구비한 디퓨저의 우수한 압력비, 효율 및 더 낮은 질량 기류 작동 특성을 갖춘다.

Description

압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저{RETRACTABLE VANE DIFFUSER FOR COMPRESSORS}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2012년 7월 27일자로 출원된 "Retractable Vane Diffuser for Compressors"라는 명칭의 미국 가출원 제61/676,467호의 우선권 및 모든 이익을 주장하며, 이는 본원에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 개시물은 내연기관용 터보차저의 구성요소에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시물은 터보차저의 반경류 또는 혼류 압축기단을 위한 신축식 베인 디퓨저 시스템에 관한 것이다.
터보차징의 이점으로는, 동력 출력 증가, 연료 소비 감소 및 오염물질 배출 감소가 포함된다. 엔진의 터보차징은 더 이상 주로 높은 동력 성능의 관점에서 보는 게 아니라, 오히려 낮은 이산화탄소(CO2) 배출로 인해 연료 소비 및 환경 오염을 감소시키는 수단으로서 바라보게 된다. 현재, 터보차징의 주된 이유는, 연료 소비 및 배출을 감소시키기 위해 배기가스 에너지를 이용하는 것이다. 터보차징 엔진에서, 연소 공기는 엔진에 공급되기 전에 미리 압축된다. 엔진은 자연 흡기 엔진과 동일한 부피의 공기-연료 혼합물을 흡기시키지만, 더 높은 압력으로 인하여, 더 높은 밀도의 더 많은 공기-연료 질량이 연소실 내로 공급된다. 결과적으로, 더 많은 연료가 연소될 수 있고, 그에 따라 엔진의 동력 출력이 속도 및 배기량에 비해 증가하게 된다.
배기가스 터보차징에서는, 보통은 낭비될 배기가스 에너지의 일부가, 샤프트에 장착된 터빈 휠을 구동하는 데에 사용된다. 터보차저는 이처럼 보통은 낭비되는 배기가스 에너지의 일부를 엔진으로 돌려보내서, 엔진 효율 및 연료 절감에 기여한다. 터빈 휠과 동일한 샤프트에 장착된 압축기 임펠러는 여과된 주위 공기를 유입시켜 압축한 후, 엔진으로 공급한다.
터보차저는 내연기관과 함께 사용되는 일종의 강제 유도 시스템이다. 터보차저는 압축 공기를 엔진 흡기부에 전달하여 더 많은 연료가 연소되도록 함에 따라, 엔진 중량을 크게 증가시키지 않고도 엔진의 마력을 증폭시킨다. 따라서 터보차저는 더 큰 자연 흡기 엔진과 동일한 양의 마력을 발생시키는 더 작은 엔진을 사용할 수 있게 한다. 차량에 더 작은 엔진을 이용하면, 차량의 질량을 감소시키고, 연료 경제성을 향상시킨다는 원하는 효과를 얻게 된다. 더욱이, 터보차저를 이용하면 엔진에 전달된 연료를 더욱 완전히 연소시킬 수 있으며, 더 깨끗한 환경이라는 매우 바람직한 목표에 기여하게 된다.
터보차저는 터빈단 및 압축기단을 포함한다. 더욱 구체적으로, 터보차저는 일반적으로, 엔진의 배기 매니폴드에 연결된 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드에 연결된 압축기 하우징, 및 터빈 하우징과 압축기 하우징을 함께 결합하는 중앙 베어링 하우징을 포함한다. 터빈 하우징 내의 터빈 휠은, 배기 매니폴드로부터 공급된 배기가스의 유입에 의해 회전 구동된다. 중앙 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트는, 터빈 휠을 압축기 하우징 내의 압축기 휠(임펠러)에 연결하여, 터빈 휠의 회전이 압축기 임펠러의 회전을 야기하게 된다. 터빈 휠과 압축기 임펠러를 연결하는 샤프트는 회전축을 정의한다.
본 개시물은 터보차저의 압축기단에 초점을 둔다. 압축기단은 흡기 매니폴드의 공기 압력 및 밀도를 증가시켜 각각의 흡기 행정 동안 엔진 실린더가 더 많은 질량의 공기를 흡인시키는 것을 돕도록 고안된다. 압축기단, 구체적으로 압축기 하우징은 바람직하게 디퓨저를 포함한다. 디퓨저는 압축기 임펠러로부터 나온 고속의 기류를 저속의 고압 기류로 변환한다. 디퓨저는 두 개의 벽에 의해 정의된다. 그 중 하나는 허브 벽이라고 불리며, 터보차저의 중앙 베어링 하우징에 제일 가까이 있다. 다른 하나는 슈라우드 벽이라고 불린다. 이러한 두 개의 벽은 공기가 압축기 임펠러로부터 나올 때 공기의 유동 경로를 형성하고, 기류를 볼류트 내로 안내한다.
디퓨저 내의 베인들이 공지되어 있다. 디퓨저 내에 베인을 구비하면 효율을 향상시킬 수 있다. 슈라우드 벽과 허브 벽 사이에 완전히 연장된 모든 베인들이 이용되어 왔다. 벽들 중 하나의 슬롯들에 의해 모든 베인들이 수용되는 슬롯형 벽 타입 디퓨저가 또한 공지되어 있다. 디퓨저의 벽들 사이에 완전히 연장되지는 않은 리브형 베인 또한 알려져 있다.
베인은 낮은 질량 기류에서 기류의 제어를 돕고, 흐름의 반전으로 인한 디퓨저 실속(stall) 및 서지 현상이 시작되는 것을 늦출 수 있다. 종래의 이동 가능한 베인은 피봇식 베인으로서 알려져 있다. 디퓨저의 벽들은 베인 상의 기류를 조절하도록 이동할 수 있다.
베인이 없는 디퓨저 또한 알려져 있다. 더 높은 질량의 기류에서, 베인은 디퓨저를 통한 기류를 차단할 수 있다. 이러한 일이 발생하는 이유는, 베인들의 선단이 음파 충돌을 일으키기 때문이다. 특정 작동 조건 하에서, 베인이 기류를 차단하는 것은 바람직하지 않다. 더 높은 질량의 기류에서, 베인 없는 디퓨저는 더 낮은 질량의 기류에서보다 더 효과적인 반면, 더 낮은 질량 기류 조건에서 리브형 벽이 더욱 효과적일 수 있다.
더 높은 질량의 기류는 압축기단이 기류 수용량 측면에서 작동 한계점에 가깝다는 것을 나타낼 것이다. 더 낮은 질량의 기류는 압축기단이 안정적인 공기 압축의 측면에서 작동 한계점에 가깝다는 것을 나타낼 것이다. 서지 상태에 가깝게 되면, 압축기 블레이드는 비행기 날개처럼 실속 상태가 되고, 효과적으로 공기를 압축할 수 없게 된다. 압축기 블레이드, 디퓨저 또는 볼류트 설부의 일부에서 와류가 발생하여, 압력 및 질량 유동률을 변동시킨다. 이러한 와류가 충분히 커지면, 압축기단을 통한 큰 변동을 야기함으로써, 유동이 실제로 반전되고 압축기 하우징의 입구로부터 빠져 나오게 된다. 이를 "하드 서지(hard surge)" 또는 "서지"라고 부른다.
그러므로, 베인 없는 디퓨저의 더 높은 질량의 기류 수용량, 및 베인을 구비한 디퓨저의 우수한 압력비, 효율 및 더 낮은 질량 기류 작동 특성을 둘 다 갖춘 터보차저의 압축기단을 제공하는 것이 바람직하다.
터보차저는 회전 샤프트에 의해 연결된 압축기 임펠러 및 터빈 휠을 가진다. 압축기 임펠러는 신축식 베인 디퓨저 시스템에 인접하여 작동 가능하게 연결되며, 신축식 베인 디퓨저 시스템은 이러한 시스템의 구동에 기반하여, 디퓨저의 벽 내로 수축되고(retract) 디퓨저의 벽으로부터 디퓨저의 유동 경로 내로 선택적으로 연장되는 베인들을 구비한다. 유동 수용량을 최대화하기 위해 베인 없는 디퓨저로서의 작동이 요구되는 경우, 베인은 디퓨저의 벽의 공동 내로 베인 링과 함께 완전히 수축될 수 있다. 효율 및 압력비를 증가시키고 디퓨저 실속 또는 서지의 시작을 늦추기 위해 더 낮은 질량 기류 조건에서와 같이 베인의 효율이 이로운 경우, 베인은 디퓨저의 벽으로부터 연장될 수 있다.
신축식 베인 디퓨저 시스템은 이들 신축식 베인들을 이용하여 터보차저의 압축기단의 작동 특성을 향상시키고, 압축기 임펠러로부터의 기류를 효과적이고 효율적으로 제어한다.
첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하여 본 개시물을 더 잘 이해하게 됨에 따라 본 개시물의 이점을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 터보차저의 압축기단의 부분 측단면도이다.
도 2는 디퓨저의 각각의 벽의 베인을 보여주는 터보차저의 압축기단의 측단면도이다.
도 3은 압축기 임펠러에 대한 베인 링의 일부의 단부도이다.
도 4는 또 다른 실시형태에 따른 압축기 임펠러에 인접한 개별적인 베인들을 구비한 베인 링의 일부의 단부도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 내연기관용 터보차저는 대체로 압축기단(12)을 포함하는 것으로 이해된다. 터보차저의 압축기단(12)은 압축기 임펠러(14) 및 압축기 하우징(16)을 포함할 수 있다. 터빈 휠에 의해 회전 샤프트가 구동됨에 따라, 터빈 휠의 회전은 압축기 임펠러(14)를 회전시킨다.
압축기 하우징(16)은 볼류트(20)로 이어지는 디퓨저(18)를 포함한다. 압축기 임펠러(14)는 샤프트의 일 단부에 장착되고 압축기 하우징(16) 내부에 수용된다. 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 배기 매니폴드로부터 공급된 배기가스의 유입에 의해 터빈 휠이 회전 구동되어, 샤프트를 회전시키고, 그로 인해 압축기 임펠러(14)가 회전하게 된다. 압축기 임펠러(14)가 회전함에 따라, 공기가 압축기 하우징(16) 내로 인입되고, 압축기 임펠러(14)에 의해 압축되어 디퓨저(18) 내로 강제 유도된 후, 볼류트(20)로 들어가 승압된 상태로 엔진의 흡기 매니폴드에 전달된다. 터빈 휠을 구동한 후, 배기가스는 배출되거나 또는 일부 경우에 재순환될 수 있다.
디퓨저(18) 및 볼류트(20)는 (압축기 임펠러(14)의 일부를 포함하는) 임펠러 챔버(22)와 엔진 사이의 유체 연통을 확립한다. 볼류트(20)는 압축기 하우징(16)의 외측 영역을 따라 형성될 수 있고, 압축기 임펠러(14)로부터 반경방향으로 이격된다. 볼류트(20)는 더욱 정적인 압력을 위해 배출부에 근접함에 따라 더 커지는 공기 통로(24)를 구비한 규격일 수 있다. 디퓨저(18)는 볼류트(20)의 입구와 연관된다.
디퓨저(18)는 바람직하게는 압축기 임펠러(14)의 선단에, 압축기 임펠러(14)에 인접한 입구(26)를 가진다. 디퓨저(18)는 입구(26)의 반대측 단부에 출구(28)를 포함한다. 디퓨저(18)는, 허브 벽(30) 및 슈라우드 벽(32)으로 불리는 두 개의 벽에 의해 한정되어, 공기가 압축기 임펠러(14)로부터 나올 때 이를 위한 유동 경로(34)를 형성한다. 슈라우드 벽(32)은 압축기 하우징(16)의 일부이며, 허브 벽(30)은 일반적으로 베어링 하우징의 일부이지만 압축기 하우징(16)의 뒤판일 수도 있다.
디퓨저(18)는 반경류 또는 혼류 압축기 단(12)에 적합한 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)을 포함한다. 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은, 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 내로 삽입되어, 서지 마진을 향상시키거나 피크 단 효율을 향상시키는 것과 같이 압축기 단(12)의 작동 특성을 변화시킬 수 있는 신축식 베인(38) 또는 바람직하게는 베인 세트(40)를 포함한다. 도 1은 베인(38)이 수축 위치(점선으로 표시)에서 슈라우드 벽(32)으로부터 유동 경로(34) 내로 어떻게 연장되는지를 보여준다. 베인 없는 디퓨저로서의 작동을 원하는 경우, 베인(38)은 디퓨저(18)의 허브 벽(30) 및 슈라우드 벽(32) 중 어느 하나 또는 둘 다의 공동(42) 내로 수축될 수 있다. 베인(38)은 기류를 차단하지 않도록 유동 경로(34)로부터 완전히 전체적으로 수축될 수 있다. 반면에, 베인(38)은 압축기단(12)의 성능을 더욱 최적화하기 위해 개별적으로 또는 집단적으로 유동 경로(34) 내로 연장될 수 있다. 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)을 통해, 디퓨저(18)의 길이가 통상적인 길이보다 더 짧아져서 터보차저를 더 컴팩트하게 만들 수 있음은 물론이다.
신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은 베인(38)이 예컨대 더 낮은 질량 기류에서 효율적인 경우에 작동하도록 하지만, 더 높은 질량 기류에서의 유동 제한을 막을 수 있다. 베인(38)이 유동 경로(34) 내로 연장되면, 베인(38)은 공기가 압축기 임펠러(14)로부터 나온 후 압력을 구축하는 것을 도와 압축기단(12)의 효율을 증가시킬 수 있다. 베인(38)은 더 낮은 질량 기류에서 유동 제어를 돕고, 유동 경로(34) 내로 연장된 베인(38)은 유동 반전으로 인한 디퓨저 실속 및 서지의 개시를 늦출 수 있다. 더 높은 질량 기류에서, 베인(38)은 조기의 압축 초크를 야기할 수 있는 전체 기류를 차단할 수 있다. 따라서, 기류의 차단을 피하기 위해, 베인(38)은 완전한 수축 상태에서 유동 통로(34)로부터 완전히 제거될 수 있다. 수축 상태에서 베인(38)은 더 높은 작동 속도에서 바람직한 것과 같이 더 적은 공기 유동 차단으로 초크 유동을 증가시킨다.
베인(38)은 바람직하게 이동 가능 베인 링(44)에 장착된다. 베인(38)의 이동을 제어하는 데에 다수의 베인 링(44)이 사용되는 것이 바람직하다.
디퓨저(18)는 상이한 작동점들에 최적화된 두 세트의 베인(40)을 가질 수 있다. 베인 세트들(40)은 슈라우드 벽(32)에서 중첩되지 않도록 교번될 수 있다. 이에 따라, 허브 벽(30)의 베인들의 링과 슈라우드 벽(32)의 베인들의 링이 유동 경로(34) 내로 연장될 수 있다.
또한, 두 세트의 베인(40)이 디퓨저(18)의 각각의 측 상에 위치할 수 있다. 이에 따라, 슈라우드 베인 세트(40)와 허브 베인 세트(140)가 각각의 벽, 즉 슈라우드 벽(32)과 허브 벽(30)으로부터 수축 및 연장될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베인(38)은 허브 벽(30) 및 슈라우드 벽(32) 내로 수축되고, 베인(38)은 허브 벽(30) 및 슈라우드 벽(32)으로부터 유동 경로(34) 내로 연장될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 베인(38)은 허브 벽(30) 또는 슈라우드 벽(32)에서 또는 둘 다에서 교번되거나 오프셋될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디퓨저(18)의 견고성이 변화될 수 있도록 각각의 베인(38)은 분리되어 있을 수 있다. 베인들(38)은 서로 번갈아 수축 또는 연장될 수 있다. 한 세트의 베인(40)은 슈라우드 벽(32)의 베인 링(44), 즉 압축기 하우징(16)의 상부 링에 부착될 수 있다. 다른 세트의 베인(140)은 허브 벽(30)의 베인 링(144), 즉 베어링 하우징의 하부 링에 부착될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 베인 세트(140)의 각각의 베인은 다른 베인 세트(40)의 베인들 사이에서 교번될 수 있다.
신축식 베인 디퓨저 시스템(36)의 구동은, 디퓨저(18) 및 추구하는 특성들에 따라 달라질 수 있다. 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은 질량 기류에 의해 구동될 수 있다. 이에 따라, 더 낮은 질량 기류는 베인(38)이 유동 경로(34) 내로 연장되도록 할 것이다. 더 높은 질량 기류는 베인(38)이 수축되도록 할 것이다.
또한, 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은 터보차저의 가속 또는 감속에 의해 구동될 수 있다. 이에 따라, 급속한 가속 또는 감속은 베인(38)이 유동 경로(34) 내로 연장되도록 할 것이다. 따라서, 일정하게 높은 속도에서, 베인(38)은 수축될 것이다.
신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은 가변 터빈 구조(VTG) 베인의 세트를 또한 제어하는 단일 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, VTG 베인 세트가 폐쇄되면, 압축기단(12)의 베인(38)은 유동 경로(34) 내로 연장될 수 있다. 단일 액추에이터는 VTG 구동 메커니즘 및 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)에 작동 가능하게 연결될 수 있음은 물론이다.
터보차저의 압축기단(12)의 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)은, 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 내로 연장될 수 있는 선택적으로 신축 가능한 베인들(38) 또는 베인 세트들(40)을 사용하여, 기류 제어를 돕고, 낮은 질량 기류 속도에서 압축기단(12)이 안정적으로 작동하게 하거나 피크 단 효율을 향상시키는 등의 압축기단(12)의 작동 특성을 변화시킨다. 베인(38)은 베인이 없는 시스템으로서 유동 수용량을 최대화하기 위해 디퓨저(18)의 벽(30 및/또는 32)의 공동(42) 내로 수축될 수 있다.
본원에서 본 발명을 예시적으로 기술하였으며, 사용된 용어는 한정적이기보다는 설명을 위한 단어들인 것으로 의도하고자 함을 이해할 것이다. 상기의 교시내용을 고려하여 본 발명을 다양하게 변형 및 변경하는 것이 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항들의 범주 내에서, 기술 내용 내에서 구체적으로 열거한 것 외에 본 발명을 실시할 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 회전 샤프트에 의해 연결된 압축기 임펠러(14) 및 터빈 휠을 구비한 터보차저로서,
    공기가 압축기 임펠러(14)로부터 나올 때 공기의 유동 경로(34)를 형성하는, 허브 벽(30) 및 슈라우드 벽(32)에 의해 정의된 디퓨저(18);
    허브 벽(30) 내에 형성된 한쪽 끝이 막힌 공동으로, 유동 경로(34) 밖으로 수축 가능한 적어도 하나의 제1 베인; 및
    슈라우드 벽(32) 내에 형성된 한쪽 끝이 막힌 공동으로, 유동 경로(34) 밖으로 수축 가능한 적어도 하나의 제2 베인;을 구비하는, 신축식 베인 디퓨저 시스템(36)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제1 베인은 제1 방향으로 움직일 수 있고, 상기 적어도 하나의 제2 베인은 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 움직일 수 있고, 상기 적어도 하나의 제1 베인은 상기 적어도 하나의 제2 베인이 연장된 동안 수축될 수 있고, 상기 적어도 하나의 제1 베인은 상기 적어도 하나의 제2 베인이 수축된 동안 연장될 수 있는, 터보차저.
  2. 제1항에 있어서,
    슈라우드 벽(32)에 형성된 공동 내에 배치된 베인 링(44)으로서, 상기 베인 링(44)과 연결된 상기 적어도 하나의 제2 베인을 포함하는 베인 링(44), 및
    허브 벽(30)에 형성된 동공 내에 배치된 베인 링(144)으로서, 상기 베인 링(144)과 연결된 상기 적어도 하나의 제1 베인을 포함하는 베인 링(144)을 더 포함하는, 터보차저.
  3. 제1항에 있어서,
    질량 기류는 상기 적어도 하나의 제1 베인과 적어도 하나의 제2 베인을 유동 경로(34) 안팎으로 움직이게 하는, 터보차저.
  4. 제1에 있어서,
    상기 터보차저의 가속 또는 감속은 상기 적어도 하나의 제1 베인과 적어도 하나의 제2 베인을 유동 경로(34) 안팎으로 움직이게 하는, 터보차저.
  5. 제1항에 있어서,
    단일 액추에이터가 신축식 베인 디퓨저 시스템(36) 및 가변 터빈 구조(VTG) 베인의 세트를 제어하고, 상기 단일 액추에이터는 VTG 베인이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 제1 베인 또는 적어도 하나의 제2 베인이 유동 경로(34) 내로 연장되게 하고, 상기 단일 액추에이터는 터빈 휠에 작동 가능하게 연결되는, 터보차저.
  6. 내연기관용 터보차저로서,
    서로 대향하는 제1 벽(30) 및 제2 벽(32)에 의해 정의된 디퓨저(18);
    상기 디퓨저(18)의 제1 벽(30) 내에 관통 연장되지 않고 형성된 적어도 하나의 공동으로, 상기 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 밖으로 수축되고, 상기 디퓨저(18)의 제1 벽(30)으로부터 상기 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 내로 선택적으로 연장되는 적어도 하나의 제1 베인; 및
    상기 디퓨저(18)의 제2 벽(32) 내에 관통 연장되지 않고 형성된 적어도 하나의 공동으로, 상기 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 밖으로 수축되고, 상기 디퓨저(18)의 제2 벽(32)에 적어도 하나의 공동으로부터 상기 디퓨저(18)의 유동 경로(34) 내로 선택적으로 연장되는 적어도 하나의 제2 베인;을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 베인은 상기 적어도 하나의 제2 베인이 상기 제2 벽(32)에 공동으로부터 연장된 동안 수축될 수 있고, 상기 적어도 하나의 제1 베인은 상기 적어도 하나의 제2 베인이 상기 제2 벽(32)에 공동 내로 수축된 동안 연장될 수 있는, 터보차저.
  7. 제6항에 있어서,
    질량 기류는 상기 적어도 하나의 제1 베인과 적어도 하나의 제2 베인을 유동 경로(34) 안팎으로 움직이게 하는, 터보차저.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 베인과 적어도 하나의 제2 베인은 상기 터보차저의 가속 또는 감속에 대응하여 움직이게 되는, 터보차저.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디퓨저(18)의 제2 벽(32)에 형성된 적어도 하나의 공동 내에 배치된 제1 이동 가능한 베인 링(44), 및
    상기 디퓨저(18)의 제1 벽(30)에 형성된 적어도 하나의 공동 내에 배치된 제2 이동 가능한 베인 링(144)을 포함하는, 터보차저.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020157003811A 2012-07-27 2013-07-11 압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저 KR102027187B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261676467P 2012-07-27 2012-07-27
US61/676,467 2012-07-27
PCT/US2013/050010 WO2014018272A1 (en) 2012-07-27 2013-07-11 Retractable vane diffuser for compressors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150036585A KR20150036585A (ko) 2015-04-07
KR102027187B1 true KR102027187B1 (ko) 2019-10-01

Family

ID=49997731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157003811A KR102027187B1 (ko) 2012-07-27 2013-07-11 압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20150176600A1 (ko)
KR (1) KR102027187B1 (ko)
CN (1) CN104471204B (ko)
DE (1) DE112013003162T5 (ko)
IN (1) IN2015DN00799A (ko)
RU (1) RU2015104708A (ko)
WO (1) WO2014018272A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9989068B2 (en) * 2015-12-01 2018-06-05 Honeywell International Inc. Method for controlling a trim-adjustment mechanism for a centrifugal compressor
US9932888B2 (en) * 2016-03-24 2018-04-03 Borgwarner Inc. Variable geometry turbocharger
CN107313982A (zh) * 2016-04-27 2017-11-03 中国航发常州兰翔机械有限责任公司 一种新型径向扩压器组件及其制造方法
DE102017118950A1 (de) * 2017-08-18 2019-02-21 Abb Turbo Systems Ag Diffusor für einen Radialverdichter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012082760A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Toyota Motor Corp 過給機
JP6052048B2 (ja) * 2013-05-07 2016-12-27 日立金属株式会社 光配線基板、光配線基板の製造方法、及び光モジュール

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4932835A (en) * 1989-04-04 1990-06-12 Dresser-Rand Company Variable vane height diffuser
US5452986A (en) * 1994-01-12 1995-09-26 Dresser-Rand Company Vaned diffuser
JPH11117898A (ja) * 1997-10-09 1999-04-27 Ebara Corp ターボ機械
DE19956896C1 (de) * 1999-11-26 2001-03-29 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader
GB0213910D0 (en) * 2002-06-17 2002-07-31 Holset Engineering Co Turbine
US7571607B2 (en) * 2006-03-06 2009-08-11 Honeywell International Inc. Two-shaft turbocharger
CN201090530Y (zh) * 2007-09-20 2008-07-23 露笑集团有限公司 一种用于涡轮增压器的压气机
CN201461538U (zh) * 2009-07-30 2010-05-12 大同北方天力增压技术有限公司 一种抛物线型叶片式扩压器
JP5051321B2 (ja) * 2010-03-03 2012-10-17 トヨタ自動車株式会社 過給機を有する内燃機関の制御装置
JP2011179477A (ja) * 2010-03-03 2011-09-15 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
CN102472298A (zh) * 2010-03-18 2012-05-23 丰田自动车株式会社 离心压缩机及涡轮增压器
CN102182710B (zh) * 2011-03-23 2013-07-17 清华大学 具有非对称无叶扩压器的离心压气机及其形成方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012082760A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Toyota Motor Corp 過給機
JP6052048B2 (ja) * 2013-05-07 2016-12-27 日立金属株式会社 光配線基板、光配線基板の製造方法、及び光モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US20150176600A1 (en) 2015-06-25
CN104471204B (zh) 2018-02-23
WO2014018272A1 (en) 2014-01-30
RU2015104708A (ru) 2016-09-10
IN2015DN00799A (ko) 2015-07-03
KR20150036585A (ko) 2015-04-07
CN104471204A (zh) 2015-03-25
DE112013003162T5 (de) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7694518B2 (en) Internal combustion engine system having a power turbine with a broad efficiency range
JP4636287B2 (ja) 排気ガスターボチャージャのタービンホイール
US20100098532A1 (en) Compressor housing
US9140267B2 (en) Compressor
JP6670760B2 (ja) 非対称デュアル渦巻きを通じる燃料節約及びegr活用のためにパルスエネルギー分離を最適化するデュアル渦巻きターボチャージャ
CN102720692A (zh) 双驱并联顺序增压压气机
CN104428509A (zh) 离心压缩机
CN104838109A (zh) 具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器
KR102027187B1 (ko) 압축기를 위한 신축식 베인 디퓨저
CN108474256B (zh) 涡轮增压器压缩机和方法
US20100104424A1 (en) Variable turbine geometry turbocharger
KR20150097576A (ko) 볼류트에 구획 베인을 구비한 터빈 하우징
CN106715838A (zh) 膨胀涡轮及涡轮增压器
CN102803739B (zh) 压缩机叶轮
JP2012149588A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2011111988A (ja) 過給エンジンシステム
CN105298633A (zh) 一种可调式废气涡轮增压器
CN107387171A (zh) 一种双涡管涡轮增压器
CN205477916U (zh) 一种双涡旋涡轮增压器
US20150159547A1 (en) Cross Flow Turbine
CN108431371B (zh) 涡轮增压器压缩机和方法
CN204610293U (zh) 一种涡轮机
KR20150117690A (ko) 축류 전환 베인들을 구비한 터보차저 내부 터빈 열실드
CN108474257B (zh) 涡轮增压器压缩机和方法
CN108431385B (zh) 涡轮增压器压缩机和方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant