KR20000022754A

KR20000022754A - 배기 터빈 과급기에서 스러스트를 균형잡는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20000022754A
Application number: KR1019990035164A
Authority: KR
Inventors: 로스마르쿠스; 리히트너프랑크
Original assignee: 바이벨 베아트; 아세아 브라운 보베리 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2000-04-25
Also published as: DE19840098A1; EP0984137A2; JP2000080903A; CN1248667A; EP0984137A3

Abstract

본 발명의 목적은 스러스트를 균형잡는 장치가 장착된 배기 터빈 과급기의 아이들 (idle) 작용 및 일부 부하를 향상시키는 것이다. 이 목적을 위해서 방법과 장치가 제공되었다. 본 발명에 따르면, 고압 영역 (16, 61) 보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 (1) 의 영역 (21, 29) 에 배기 터빈 과급기 (1) 의 고압 영역 (16, 61) 의 연결부가 배기 터빈 과급기 (1) 의 전체 부하에서 완전히 개방되고, 일부 부하에서 적어도 거의 닫혀지며, 또한 아이들에서 완전히 닫혀진다는 사실에 의해 이 목적이 달성된다. 이를 위해서, 통풍관 (22) 으로서 구성된 스러스트를 균형잡는 장치에 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 제공된다.

Description

배기 터빈 과급기에서 스러스트를 균형잡는 방법 및 장치 {METHOD AND APPLIANCE FOR THRUST BALANCING IN A TURBOCHARGER}

본 발명은 청구항 제 1 항 내지 5 항의 전문에 기재된 바와 같이 배기 터빈 과급기에서 스러스트를 균형잡는 방법 및 장치에 관한 것이다.

큰 디젤 엔진용 배기 터빈 과급기는 현재에는 주로 축선 터빈과 원심 콤프레셔를 장착하고 있다. 양 회전자로의 유입 흐름이 2개 단부로부터 축선 방향으로 발생한다. 이 배열은 콤프레셔의 축선 스러스트로 되고 동일한 방향에서 터빈을 작동시킨다. 결과적으로, 베어링상에서 작동하는 전체 스러스트가 매우 크게된다. 이러한 부하를 감소시키기 위해서, 스러스트를 경감시키는 조치가 도입되었다. 자주 사용되는 방법은 콤프레셔 임펠러의 후미벽상, 즉 배기 터빈 과급기의 고압 영역에서 압력을 감소시키는 것이다. 이를 위해서, 콤프레셔 임펠러의 후미 공간이, 배기 터빈 과급기의 케이싱에 배열된 덕트를 매개로 하여, 고압 영역의 압력보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기의 영역에 연결된다. 이 방식에서, 고압 영역의 배출이 배기 터빈 과급기의 작동시 발생하며, 또한 콤프레셔 임펠러의 후미 공간에서 공기압의 감소라는 특징이 있어, 따라서, 베어링상에 작동하는 전체 스러스트를 감소시킨다. 저압 영역이 그 후 터빈 출구 (배출 가스압) 또는 배기 터빈 과급기 (대기압) 를 둘러싸는 외부 공간일 수 있다. 콤프레셔 임펠러의 외경에서, 비접촉 씨일은, 출구로부터 콤프레셔 임펠러의 후미 공간으로의 누수 기류가 고압 낙하에도 불구하고 제한된다는 것을, 보장한다 (lecture by M. Imakiire et al. "An Outline Review of MET Turbocharger Design Features and Improvements Achieved for User-Friendliness" at the Second International Symposium "Marine Propulsion Systems, Design and Operation" Evgenidion Foundation, Athens, 19-20.06.1997, p. 3 and Fig. 2, bottom).

대안으로서, 스러스트를 균형잡는 해결책이 또한 공지되었는데, 그 해결책은, 터빈의 상류에 위치된 고압 영역이 터빈의 하류에 형성된 저압의 영역 또는 배기 터빈 과급기를 둘러싸는 외부 공간에 연결되는 것이다 (같은 장소로는, 도 2, 바닥 중앙부).

그러나, 그러한 해결책은 모든 공정 조건하에서 누수하는 유량을 갖는다. 이는 배기 터빈 과급기의 약 1% 감소 효율을 야기하는 1.5% 이하의 부피 손실을 야기한다. 배기 터빈 과급기에 연결된 엔진의 고전원과 관련된 높은 콤플레셔 압력비에서, 스러스트 균형에 의해 야기되는 그러한 손실은 의식적으로 수용된다. 어떠한 스러스트 균형도 일부 부하에서는 필요하지 않기 때문에, 이러한 상황에서 최종 부피 감소가 배기 터빈 과급기의 효율을 불필요하게 손상시킨다.

매우 낮은 배기 터빈 과급기 속도 및 그와 관련한 낮은 운반량에서, 엔진은 아이들 공정, 즉 공기가 콤프레셔 덕트를 통해 유도되는 공정시 유도 엔진으로서 작동될 수 있다. 결과적으로, 콤프레셔 임펠러로부터 출구에서의 감압이고 이는 터빈 출구로부터 콤프레셔 덕트로 콤프레셔 임펠러의 후미 공간을 매개로 하여 배출 가스의 역유량을 야기한다. 알루미늄으로 제조된 온도에 민감한 콤프레셔 임펠러의 부수적인 가열때문에, 그러한 역유량역시 매우 바람직하지 못하다.

물론, 상술한 단점은 축선 방향의 터빈이 장착된 배기터빈 과급기의 경우에 한정되는 것이 아니라, 방사상 터빈이 장착된 배기 터빈 과급기의 경우에도 나타난다.

따라서, 이러한 모든 단점을 피하기 위해 시도된 본 발명의 1 목적은 스러스트를 균형잡는 장치가 장착된 배기 터빈 과급기의 일부 부하 및 아이들 작용을를 향상시키는 신규의 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이는 임펠러 후미 공간과 저압 영역사이의 연결부가 배기 터빈 과급기의 전체 부하에서 완전히 개방되고, 일부 부하에서 적어도 거의닫혀지며, 또한 아이들에서 완전히 닫혀진다는, 청구항 1 항의 전문에 기재된 방법으로 달성된다. 이를 위해서, 스러스트를 균형잡는 장치에 자동적으로 개방되거나 닫혀지는 닫힘 구성요소 또는 외부 액츄에이션이 고압의 영역에서 존재하는 압력의 기능으로서 제공된다.

스러스트를 균형잡는 장치는, 배기 터빈 과급기의 케이싱내에 적어도 부분적으로 배열된 통풍관으로서 구성되는 것이 특히 유리하다. 닫힘 구성요소가 이 통풍관의 영역에 제공된다. 통풍관은 그 후 터빈의 상류에 위치한 고압 영역과 터빈의 하류에 구성된 저압의 영역사이 또는 원심 콤프레셔의 하류에 위치된 임펠러 후미 공간과 임펠러의 후미 공간보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기의 영역사이에 배열될 수 있다. 터빈의 영역에 배열된 통풍관의 경우에, 닫힘 구성요소의 온도 저항은 700℃ 이상이여야 하고 원심 콤프레셔의 영역에서는 200℃ 이상이여야 한다. 이러한 수단에 의해서, 닫힘 구성요소는 오랜 기간 동안, 심지어 전체 부하에서 작동 온도에서도 손상하지 않고 존재할 수 있어, 이 구성요소의 수명을 더욱 길게한다.

배기 터빈 과급기의 고압영역에 존재하는 압력이 닫힘 구성요소로서 역할을 하고 배기터빈 과급기를 완전히 개방하여, 전체 부하에서 스러스트 균형이 보장된다. 반면에, 고압 영역에서의 압력은, 닫힘 구성요소가 완전히 닫혀지거나 통풍관을 적어도 거의 닫도록, 배기 터빈 과급기의 일부 부하와 아이들에서 현저하게 감소된다. 이 방식에서, 부피 손실은 일부 부하에서 감소될 수 있으며, 또한 결과적으로, 배기 터빈 과급기의 효율이 증가될 수 있다. 아이들에서, 통풍관의 완전한 닫힘이 일어나는 곳에, 터빈 출구로부터 임펠러 후미 공간으로 배출 가스의 역유량을 손상시키는 것이 차단될 수 있다. 배기 터빈 과급기의 일부 부하 및 아이들 행위가 스러스트 균형 장치의 존재에도 불구하고 향상될 수 있다.

본 발명의 다른 장점이 종속항에 주어졌다.

도 1 은 스러스트를 균형잡는 장치가 장착된 종래 기술의 배기 터빈 과급기의 부분 종단면도.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예로서, 도 1 에서 인용한 닫힘 구성요소의 확대도.

도 3 은 제 1 실시예의 보다 나은 전개로서, 도 1 에 도시된 닫힘 구성요소의 부분 단면도.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예로서, 도 1 에서 인용한 닫힘 구성요소의 확대도.

도 5 는 제 3 실시예로서, 도 1 에서 인용한 단지 도식적으로 나타낸 닫힘 구성요소의 확대도.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명에 따라 배열된 닫힘 구성요소를 갖는 도 1 의 베어링 하우징을 도시한 도면.

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명에 따라 배열된 닫힘 구성요소를 갖는 도 1 의 베어링 하우징을 도시한 도면.

도 8 은 또 다른 실시예로서, 도 1 에서 인용한 본 발명에 따른 닫힘 구성요소의 확대도.

*도면의 주요 부분의 간단한 설명*

1. 배기 터빈 과급기 2. 터빈

3. 원심 콤프레셔 4. 배출 가스

5. 가스 입구 케이싱 6. 노즐 링

7. 회전자 블레이드 8. 터빈 휠

9. 측판 링, 확산기 10. 가스 출구 케이싱

11. 콤프레셔 임펠러 12. 축

13. 공기 14. 콤프레셔 케이싱

15. 덕트 16. 고압 영역, 임펠러 후미 공간

17. 하우징, 베어링 하우징 18, 19. 저널 베어링

20. 스러스트 베어링

21. 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 영역, 터빈 출구

22. 통풍관 23. 중간벽, 고정자

24. 기계 중심선 25. 분리 간격

26. 미로 씨일 27. 리세스

28. 중간 공간

29. 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 영역, 외부 공간

30. 굽힘 스프링, 닫힘 구성요소 31. 플레이트 단부, 자유단

32. 플레이트 단부, 고정단 33. 제 1 덕트부

34. 제 2 덕트부 35. 영구자석

36. 정지부 37. 표면층, 터빈면

38. 표면층, 콤프레셔면 39. 중간층

40. 씨링 립 41. 닫힘 플랩, 닫힘 구성요소

42. 힌지 43. 버클링 로드, 스프링 구성요소

44. 제 2 덕트부의 터빈 단부 측벽 45. 정지부

46. 비복귀 밸브, 닫힘 구성요소 47. 고정 슬리브

48. 밸브 볼 49. 콤프레셔 스프링

51. 부분 덕트 52. 스크류-인 연결부

53. 측정선 54. 압력 측정장치

55. 측정 및 평가장치 56. 액츄에이션 선

57. 호울 58. 스크류 구성요소

59. 볼트 60. 압력 측정 호울

61. 고압 영역, 중간 공간 62. 내부 링

63. 분리 간격 64. 미로 씨일

d1. 기계 중심선의 단면 d2. 분리 간격의 단면

본 발명의 완전한 이해와 그의 부수적인 장점들이 수반한 도면과 결합하여 고려된 아래의 상세한 설명을 참조하여 더욱 잘 이해되는 것 처럼, 기거이 얻어질 수 있으며, 본 발명의 복수개의 실시예가 원심 콤프레셔 및 축선 방향 터빈이 장착된 배기 터빈 과급기를 사용하여 표현되었다.

본 발명을 이해하는데 본질적인 구성요소만이 도시되었다. 예를 들어 배기 터빈 과급기에 연결된 내부 연소 엔진이 설비에 도시되지 않았다. 작업 매체의 흐름 방향이 화살표로 표시되었다.

도면을 참조 하면, 동일한 참조 번호는 몇개의 도면을 통해서 동일하거나 대응부분을 나타내며, 축선 플로우 터빈 (2), 원심 콤프레셔 (3) 및 내부 베어링 배열을 갖는 종래 기술의 배기 터빈 과급기 (1) 가 도 1 에 도시되었다. 내부 연소 엔진 (도시되지 않음) 의 작동시, 그의 배출 가스 (4) 는 가스 출구 케이싱 (5) 을 매개로하여 배기 터빈 과급기 (1) 의 터빈 (2) 에 유입된다. 공급된 배출 가스 (4) 는, 노즐 링 (6) 을 통해 흐른 후, 축선 방향으로 터빈 휠 (8) 의 회전자 블레이드 (7) 쪽으로 안내되고 공정시 팽창한다. 회전자 블레이드 (7) 는 확산기로서 구성된 측판 링 (9) 에 의해 외면쪽으로 방사상으로 결합되며, 이 측판 링 (9) 은 터빈 (2) 의 가스 출구 케이싱 (10) 에 번갈아 고정된다. 원심 콤프레셔 (3) 에 제공된 콤프레셔 임펠러 (11) 와 함께 터빈 휠 (8) 이 공통축 (12) 상에 배열된다. 결과적으로, 콤프레셔 임펠러 (11) 는 터빈 휠 (8) 을 통해 유동시 동시에 구동되어, 콤프레셔 임펠러 (11) 가 내부 연소 엔진을 작동하는데 필요한 공기 (13) 를 압축하고 유도한다. 터빈 휠 (8) 의 회전자 블레이드 (7) 에 팽창된 배출가스 (4) 는, 원심 콤프레셔 (3) 에 압축된 공기 (13) 가 콤프레셔 케이싱 (14) 내에 배열된 덕트 (15) 를 매개로 하여 내부 연소 엔진에 도달하는 동안, 터빈 (2) 의 가스 출구 케이싱 (10) 을 통해 외면쪽으로부터 떨어져 유도된다.

배기 터빈 과급기 (1) 의 고압 영역을 나타내는 임펠러 후미 공간 (16) 이 콤프레셔 임펠러 (11) 의 하류에 구성된다. 내부 베어링 시스템은 2개의 저널 베어링 (18, 19) 과 베어링 하우징 (17) 내에 배열된 스러스트 베어링 (20) 으로 구성되어 있다. 배기 터빈 과급기 (1) 상의 스러스트를 균형잡기 위해서, 즉 스러스트 베어링 (20) 상에 작용하는 전체 스러스트 (스러스트력이 화살표로 나타내어짐) 를 감소시키기 위해서, 통풍관 (22) 이 베어링 케이싱 (17) 으로서 구성된 배기 터빈 과급기 (1) 의 케이싱내 및 콤프레셔 임펠러 (11) 의 임펠러 후미 공간 (16) 과 터빈 출구 (21) - 콤프레셔 임펠러 (11) 의 임펠러 후미 공간 (16) 에서의 공기압보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기의 영역으로서 - 사이에 배열된다.

베어링 하우징 (17) 과 콤프레셔 케이싱 (14) 은 중간벽 (23) 으로서 구성된 고정자에 의해 상호 분리된다. 기계 중심선 (24) 과 관련하여 미리 방사상으로 배열된 분리 간격 (25) 이 공정시 회전하는 콤프레셔 임펠러 (11) 와 고정된중간 벽 (23) 사이에 구성된다. 분리 간격 (25) 은 고압강하에도 불구하고 누수 기류를 제한하는 미로 씨일 (26, labyrinth seal) 을 수용한다. 미로 씨일 (26) 의 하류에, 분리 간격 (25) 이 중간벽 (23) 내 리세스 (27) 를 매개로 하여 중간 공간 (28) 에 연결되는 임펠러 후미 공간 (16) 과 연통하여, 교대로 통풍관 (22) 에 연결된다.

물론, 배기 터빈 과급기 (1) 의 외부 공간 (29) 은 저압의 영역으로서 또한 사용된다. 이 경우에, 통풍관 (22) 은 임펠러 후미 공간 (16) 과 외부 공간 (도시되지 않음) 사이에 구성된다. 첫번째 경우에, 따라서, 터빈 (2) 은 배출 가스 압력이 스러스트를 균형시키는데 사용되며, 또한 두번째 경우에, 배기 터빈 과급기 (1) 외면의 공기 압력이 이 목적을 위해서 사용된다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 자유 플레이트 단부 (31) 와 통풍관 (22) 에 고정된 플레이트 단부 (32) 를 갖는 플레이트 형상의 닫힘 구성요소 (30) 가 통풍관 (22) 내에 배열된다 (도 2 참조). 이 플레이트 구성요소 (30) 는 200℃ 이상의 온도 저항을 갖는다. 그러한 닫힘 구성요소 (30) 로써, 상대적으로 큰 단면이 통풍관 (22) 에서 이루어져, 건조로부터의 위험이 작아진다.

닫힘 구성요소는 통풍관 (22) 을 완전히 덮는 굽힘 스프링 (30) 으로서 구성된다. 이를 위해서, 통풍관 (22) 은 제 1 단면 (d1) 을 갖는 제 1 덕트부 (33) 및 제 1 덕트부 (33) 의 콤프레셔 단부에서, 제 1 단면 (d1) 과 비교하여 증가된 제 2 단면 (d2) 을 갖는 제 2 덕트부 (34) 를 갖는다. 굽힘 스프링 (30) 은 제 2 덕트부 (34) 에 배열되고 그의 플레이트 단부 (32) 에 의해 제 2 덕트부 (34) 에 고정된다.

배기 터빈 과급기 (1) 에 연결된 엔진의 전체 부하에서, 콤프레셔 임펠러 (11) 의 고압 영역 (16, 임펠러 후미 공간) 내에 존재하는 공기 압력이 굽힘 스프링 (30) 상에 작용한다. 콤프레셔 임펠러 (11) 의 임펠러 후미 공간 (16) 또는 중간 공간 (28) 내 공기 압력을 증가시킴으로써, 굽힘 스프링 (30) 은 작용하는 압력의 힘때문에 그의 초기 위치에서부터 바깥쪽 및 터빈 출구 (21) 의 방향으로 굽혀진다. 통풍관 (22) 은 따라서 자동적으로 개방되고 스러스트 균형이 보장된다. 더욱 작아진 스프링 편향의 경우에 전체 단면이 차단된 상태로 남고 굽힘 스프링 (30) 의 특정 편향 이상으로 단지 개방되는 방식으로, 통풍관 (22) 이 설계된다. 임펠러 후미 공간 (16) 과 그의 끝부분과 연결된 터빈 출구 (21) 사이의 압력차가 커짐에 따라, 단면의 개구가 또한 커진다.

반면에, 배기 터빈 과급기 (1) 의 일부 부하에서, 임펠러 후미 공간 (16) 내 공기 압력이 현저하게 줄어들어, 굽힘 스프링 (30) 이 통풍관을 적어도 거의 닫거나 완전히 닫는다. 이 방식에서, 부피 손실이 일부 부하에서 감소되며, 결과적으로 배기 터빈 과급기 (1) 의 효율이 향상된다. 아이들에서, 통풍관 (22) 의 완전한 닫힘이 일어나는 동안, 터빈 출구 (21) 로부터 임펠러 후미 공간 (16) 까지 배출 가스의 복귀 흐름의 손상이 차단된다. 따라서, 스러스트를 균형잡는 장치의 존재에도 불구하고, 배기 터빈 과급기 (1) 의 일부 부하 및 아이들 행위가 향상된다.

통풍관 (22) 의 완전한 개방을 촉진시키기 위해서, 영구 자석 (35)이 굽힘 스프링 (30) 의 자유 플레이트 단부 (31) 의 터빈 측면상의 제 2 덕트부 (34) 에 배열된다. 굽힘 스프링 (30) 의 특정 위치로부터, 영구자석 (35) 은 굽힘 스프링을 끌어당겨서 전체 통풍관 (22) 을 자유롭게 한다. 또한, 자유 플레이트 단부 (31) 의 콤프레셔 측면상 제 2 덕트부에 정지부 (36, 굽힘 스프링 (30) 이 젖혀지는 것을 방지함) 가 있다.

굽힘 스프링 (29) 은 2개의 표면층 (37, 38) 및 중간층 (39) 을 가지며, 중간층 (39) 에는 자유 풀레이트 단부 (31) 에서 표면층 (37, 38) 을 지나서 돌출한 씨링 립 (40, sealing lip) 이 장착되어 있다 (도 3 참조). 2개의 표면층 (37, 38) 은 다른 열팽창 계수를 갖는 금속재로 이루어지며, 터빈 측면상의 표면층 (37) 은 콤프레셔 측면상의 표면층 (38) 보다 낮은 열팽창 계수를 갖는다.

배기 터빈 과급기 (1) 의 전체 부하에서 임펠러 후미 공간 (16) 에 존재하는 높은 온도때문에, 콤프레셔 측면상의 표면층 (38) 은 터빈 측면상의 표면층 (37) 보다 더욱 강하게 팽창하여 통풍관 (22) 의 개방이 추가로 지지된다. 반면에, 낮은 온도는 일부 부하에서 임펠러 후미 공간 (16) 에 존재하여, 콤프레셔 측면상의 표면층 (38) 의 높은 열팽창계수 때문에 굽힘 스프링 (30) 이 그의 초기 위치로 복귀하게 하며, 결과적으로, 통풍관 (22) 이 닫혀진다. 굽힘 스프링 (30) 의 2개 방향의 동작이 이중 화살표로 나타내어졌다. 이러한 바이메탈 효과때문에, 굽힘 스프링 (30) 의 잼 현상이 방지되며, 또한 결과적으로, 통풍관 (22) 의 신뢰할만한 닫힘 및 개방이 보장된다. 또한, 플러터의 가능성이 굽힘 스프링 (30) 의 다층 구조에 의해 감소되고 통풍관 (22) 의 씨링이 씨링 립 (40) 에 의해 향상될 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 통풍관 (22) 의 완전한 단면을 덮는 닫힘 플랩 (41) 이 닫힘 구성요소로서 구성된다 (도 4 참조). 또한, 닫힘 플랩 (41) 은 비선형 특성을 갖는 버클링 로드 (43) 로서 구성된 스프링 구성요소에 의해 제 2 덕트부 (34) 의 터빈 단부 측벽 (44) 에 연결된다. 닫힘 플랩 (41) 용 정지부 (45) 가 통풍관 (22) 상에 배열된다.

유레리안 (Eulerian) 버클링 이론에 따라, 닫힘 플랩 (41) 과 버클링 로드 (43) 사이에 구성된 연결부가, 임계 버클링 부하가 초과될 때 닫힘 플랩 (41) 이 갑자기 개방되어 통풍관 (22) 을 자유롭게 하는 방식으로 발생한다. 그 후, 정지부 (45) 는 버클링 로드 (43) 의 어떠한 초과 응력을 방지하여, 나중에 탄성적으로 변형될 수 있다. 닫힘 플랩 (42) 의 2가지 작동 방향이 이중 화살표로 나타내어졌다. 버클링 로드 (43) 를 대신하여, 물론 상이한 스프링 구성요소, 즉 나선형 스프링 (도시되지 않음) 이 또한 사용가능하다.

제 3 실시예에 따르면, 통풍관 (22) 에 배열된 비복귀 밸브 (46) 가 통풍관 (22) 의 개방에서 중간 공간 (28) 으로 직접적으로 배열된다. 고정 슬리브 (47), 밸브 볼 (48) 및 압축 스프링 (49) 으로 이루어진다 (도 5 참조). 비복귀 밸브 (46) 는 임펠러 후미 공간 (16) 내 높은 압력의 경우, 즉 배기 터빈 과급기 (1) 의 전체 부하에서 개방하는데, 그 이유는, 밸브 볼 (48) 이 압축 스프링 (49) 의 힘에 대향하여 터빈 출구 (21) 의 방향에서 치환되기 때문이다. 반면에, 만약 배기 터빈 과급기 (1) 의 출력이 낙하한다면, 밸브 볼 (48) 은 비복귀 밸브 (46) 가 다시 닫혀질 때까지 그의 초기 위치의 방향에서 압축 스프링 (49) 에 의해 치환된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 통풍관 (22, 원심 콤프레셔 (3) 의 임펠러 후미 공간 (16) 과 임펠러 후미 공간 (16) 보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 (1) 의 영역사이) 이 배기 터빈 과급기 (1) 의 베어링 하우징 (17) 으로부터 부분적인 덕트 (51) 로서 분명히 되며, 닫힘 플랩 (41) 이 부분적 덕트 (51) 내에 배열된다. 베어링 하우징 (17) 외면에 배열된 부분적인 덕트 (51) 가 스크류-인 연결부 (52) 에 의해 베어링 하우징 (17) 및 통풍관 (22) 에 릴리스가능하게 연결된다 (도 6 참조). 이 수단에 의해, 부분적인 덕트 (51) 가 외면으로부터 풀어져, 닫힘 플랩 (41) 이 상대적으로 용이하게 접근가능하다. 따라서, 결점의 경우에, 전체 배기 터빈 과급기 (1) 를 분해하고 비작동시에 그것에 연결된 엔진을 놓아둘 필요가 없다.

닫힘 플랩 (41) 의 상류 및 하류에, 압력 측정장치 (54) 를 각각 포함하는 측정선 (53) 이 부분적인 덕트 (51) 에 연결한다. 양 측정선 (53) 은 측정 및 평가장치 (55) 를 매개로 하여 닫힘 플랩 (41) 용 액츄에이션 선 (56) 에 연결되어, 외면으로부터 유리하게 조절될 수 있다. 다시, 다른 상이한 닫힘 구성요소, 즉 도 5 에 도시된 비복귀 밸브 (46) 또는 도 2 에 도시된 굽힘 스프링 (30) 을 자연적으로 사용하는 것이 가능하다.

또 다른 실시예에 따른 대안으로서, 외면으로부터 통풍관 (22) 까지 뻗어있는 호울 (57) 이 배기 터빈 과급기 (1) 의 베어링 하우징 (17) 내에 구성된다. 이 호울 (57) 은 굽힘 닫힘 플랩 (41) 을 운반하며 또한 통풍관 (22) 까지 뻗어있는 볼트 (59) 를 갖는 스크류 구성요소 (58) 에 제공되어 있다 (도 7 참조). 이는 외면으로부터 닫힘 플랩 (41) 에 양호한 접근가능성을 유리하게 제공한다. 나중에는 통풍관 (22) 으로부터 완전히 제거될 수 있고 분리하여 유지될 수 있다. 또한, 스크류 구성요소 (58) 는 통풍관 (22) 까지 뻗어있고 그의 다른 단부에서 측정선 (53) 을 매개로 하여 측정 및 평가장치 (55) 에 연결되는 압력 측정 호울 (60) 을 갖는다. 스러스트 균형의 간단한 모니터링이 이 방식에서 가능하다.

전술한 것과 동일한 효과인, 콤프레셔 단부 배열로써, 통풍관 (22) 이 터빈 휠 (8) 의 상류에 위치되고 중간 공간 (61) 으로서 구성된 고압 영역과 터빈 출구 (21) 사이, 즉 중간 공간 (61) 내에 존재하는 압력보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 (1) 의 영역에 배열된다. 기계 중심선 (24) 에 대하여 미리 방사상으로 배열된 분리 간격 (63) 이 공정시 회전하는 터빈 휠 (8) 과 노즐 링 (6) 의 정지 내부링 (62) 사이에 구성된다. 이 분리 간격 (63) 은 높은 압력 강하에도 불구하고 배출 가스 누수 흐름을 제한하는 미로 씨일 (64) 에 설비된다. 중간 공간 (61) 은 미로 씨일 (64) 하류에 인접해있고, 이 공간은 교대로 통풍관 (22) 을 매개로 하여 터빈 출구 (21) 와 연통하여, 결국 외부 공간 (29) 으로 개방한다 (도 8 참조). 닫힘 플랩 (41) 으로서 다시 구성된 닫힘 구성요소가 통풍관 (22) 내 가스 출구 케이싱 (10) 의 영역에 배열된다.

물론, 통풍관은 노즐 링 (6, 도시되지 않음) 의 정지 날개의 하나에 배열된다. 통풍관은 콤프레셔와 터빈 단부의 양자에 배열되고 각각의 경우에 닫힘 구성요소 (또한 도시되지 않음) 가 제공된다.

명백하게, 본 발명의 다수의 변형과 변경이 상기 기술의 관점에서 가능하다. 따라서, 여기에 기재된 이외의 것도 첨부된 청구항의 범위내에서 실행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명은 스러스트를 균형잡는 장치가 장착된 배기 터빈 과급기의 아이들 (idle) 작용 및 일부 부하를 향상시키는 것이다.

Claims

배기 터빈 과급기 (1) 의 고압 영역 (16, 61) 이 상기 고압 영역 (16, 61) 보다 낮은 압력을 갖는 영역 (21, 29) 에 연결되고 원심 콤프레셔 (3) 와 터빈 (2) 이 장착된 배기 터빈 과급기 (1) 에서 스러스트를 균형잡는 방법에 있어서, 이 연결부가 배기 터빈 과급기 (1) 의 전체 부하에서 완전히 개방되고, 일부 부하에서 적어도 거의 닫혀지며 또한 아이들에서 완전히 닫혀지는 것을 특징으로 하는 스러스트를 균형잡는 방법.
제 1 항에 있어서, 이 연결부의 개방 및 닫힘이 자동적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 스러스트를 균형잡는 방법.
제 1 항에 있어서, 이 연결부의 개방 및 닫힘이 외부 액츄에이션으로써 발생하는 것을 특징으로 하는 스러스트를 균형잡는 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 이 연결부의 개방 및 닫힘이 고압 영역 (16, 61) 에 존재하는 압력의 기능으로서 발생하는 것을 특징으로 하는 스러스트를 균형잡는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 장치에 있어서, 스러스트를 균형잡는 장치에 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 장치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 스러스트를 균형잡는 장치가 상기 배기 터빈 과급기 (1) 의 케이싱 (17) 내에 적어도 부분적으로 배열된 통풍관 (22) 으로서 구성되고, 또한 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 통풍관 (22) 의 영역에 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 통풍관 (22) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 이 상기 원심 콤프레셔 (3) 의 하류에 위치된 임펠러 후미 공간 (16) 과 상기 임펠러 후미 공간 (16) 보다 낮은 압력을 갖는 배기 터빈 과급기 (1) 의 영역 (21, 29) 사이에 배열되며, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 200℃ 이상의 온도 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 이 터빈 (2) 의 상류에 위치된 고압 영역 (61) 과 터빈의 하류에 구성된 저압의 영역 (21) 사이에 배열되며, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 700℃ 이상의 온도 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 제 1 자유 플레이트 단부 (31) 와 상기 통풍관 (22) 에 고정된 제 2 플레이트 단부 (32) 를 갖는 플레이트 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 을 완전히 덮는 굽힘 스프링이 상기 닫힘 구성요소 (30) 로서 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항에 있어서, 제 2 덕트부 (34) 에서, 정지부 (36) 가 상기 닫힘 구성요소 (30) 의 자유 플레이트 단부 (31) 의 콤프레셔면상에 배열되고 영구자석 (35) 이 상기 닫힘 구성요소 (30) 의 자유 플레이트 단부 (31) 의 터빈면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 닫힘 구성요소 (30) 가 2개의 표면층 (37, 38) 및 중간층 (39) 으로 이루어지며, 상기 중간층 (39) 이 상기 자유 플레이트 단부 (31) 에서 표면층 (37, 38) 을 지나서 돌출한 씨링 립 (40) 으로써 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 하나 이상의 상기 표면층 (37, 38) 이 금속재로 이루어지고 상기 중간층 (39) 이 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 표면층 (37, 38) 이 다른 열팽창 계수를 갖는 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 을 완전히 덮는 닫힘 플랩이 상기 닫힘 구성요소 (41) 로서 구성되며, 상기 닫힘 플랩이 상기 통풍관 (22) 에 고정된 그의 플레이트 단부 (32) 에서 힌지 (42) 로써 제공되고, 또한 비선형 스프링 특성을 나타내는 스프링 구성요소 (43) 에 의해 상기 통풍관 (22) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 이 제 1 단면 (d1) 을 갖는 제 1 덕트부 (33) 및 상기 제 1 덕트부 (33) 의 콤프레셔 단부에서, 상기 제 1 단면 (d1) 과 비교하여 확대된 제 2 단면 (d2) 을 갖는 제 2 덕트부 (34) 를 가지며, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 상기 제 2 덕트부 (34) 에 배열되고 그의 플레이트 단부 (32) 의 하나에 의해 상기 제 2 덕트부 (34) 에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 비복귀 밸브가 상기 닫힘 구성요소 (46) 로서 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통풍관 (22) 이 상기 배기 터빈 과급기 (1) 의 상기 케이싱 (17) 으로부터 부분적인 덕트 (51) 로서 나타나고 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 가 상기 부분적인 덕트 (51) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 케이싱 (17) 의 외면에 배열된 상기 부분적인 덕트 (51) 가 상기 케이싱 (17) 및/또는 상기 통풍관 (22) 에 릴리스하게 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 측정선 (53) 이 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 의 상류 및 하류의 상기 부분적인 덕트 (51) 에 각각 연결되며, 각 측정선 (53) 이 압력 측정장치 (54) 를 가지고 측정 및 평가장치 (55) 에 연결되어, 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 용 액츄에이션 선 (56) 에 교대로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 외면으로부터 상기 통풍관 (22) 까지 뻗어있는 호울 (57) 이 상기 배기 터빈 과급기 (1) 의 상기 케이싱 (17) 내에 구성되고, 상기 호울 (57) 이 상기 닫힘 구성요소 (30, 41, 46) 를 운반하고 상기 통풍관 (22) 까지 뻗어있는 볼트 (59) 를 갖는 스크류 구성요소 (58) 를 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 22 항에 있어서, 상기 스크류 구성요소 (58) 가 상기 통풍관 (22) 까지 뻗어있는 하나 이상의 압력 측정 호울 (60) 을 가지며, 상기 압력 측정 호울 (60) 이 그의 타단에서 측정 및 평가장치 (55) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.