KR20010095249A

KR20010095249A - 조절 가능한 일련의 가이드 블레이드를 포함하는 가이드장치를 갖춘 축류기

Info

Publication number: KR20010095249A
Application number: KR1020010017559A
Authority: KR
Inventors: 바르톨로메클라우스; 슈로트칼하인츠
Original assignee: 추후보정; 맨 비앤드더블유 디젤 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2001-11-03
Also published as: DE50115388D1; CN1316582A; DE10016745A1; EP2243932B1; EP1143111A2; EP1143111A3; JP2001289004A; US6547521B2; DE10016745B4; EP1143111B8; US20010026758A1; EP2243932A3; KR100824894B1; EP2243932A2; EP1143111B1; CN1278019C

Abstract

축류 터빈용 가이드 장치의 부품이 용이하게 작동될 수 있을 뿐만 아니라 적은 갭 흐름을 허용하도록 하기 위해, 한편으로는 구형으로 형성된 내부 허브(21)에 의해 및 다른 한편으로는 구형으로 형성된 외부 가이드 블레이드 지지체(7)에 의해 제한되는 흐름 채널(20)에 일련의 조절 가능한 가이드 블레이드(30)를 포함하는 가이드 장치를 갖추고 있고, 상기 가이드 블레이드(30)는 한편으로는 링형 가이드 블레이드 지지체(7)의 방사방향 홀 내에 회전 가능하게 지지되고 다른 한편으로는 가이드 블레이드의 푸트 프로파일(31)이 허브에 대해 밀봉되는, 축류기, 특히 터빈에 있어서, 상기 허브(31)가 적어도 가이드 블레이드(30)의 푸트 프로파일(31)의 밀봉 영역에서 휘어진 허브 윤곽(9)으로 구현되고, 가이드 블레이드(30)의 지지가 가이드 블레이드 축(A)의 방향으로 마찬가지로 휘어지도록(4) 형성된다.

Description

조절 가능한 일련의 가이드 블레이드를 포함하는 가이드 장치를 갖춘 축류 기{AXIAL FLOW MACHINE WITH A GUIDE APPARATUS COMPRISING A ROW OF ADJUSTABLE GUIDE VANES}

본 발명은 한편으로는 내부 허브에 의해 및 다른 한편으로는 외부 가이드 블레이드 지지체에 의해 제한되는 흐름 채널에 일련의 조절 가능한 가이드 블레이드를 포함하는 가이드 장치를 갖추고 있고, 상기 가이드 블레이드는 한편으로는 링형 가이드 블레이드 지지체의 방사방향 홀 내에 회전 가능하게 지지되며 다른 한편으로는 그 헤드 프로파일이 가이드 블레이드 지지체에 대해 그리고 그 푸트 프로파일이 허브에 대해 밀봉되고, 즉 가이드 블레이드가 한 측면에서 지지되는, 축류기, 특히 터빈에 관한 것이다.

조절 가능한, 특히 터빈 가이드 장치는 공지된 바와 같이 터빈을 작동 중에 각각의 작동 상태에 보다 양호하게 매칭시키기 위해 터빈 구성 및 터보 과급기 구성에 사용된다. 높은 고유 출력을 가진 피스톤 엔진과 관련한 예컨대 배기가스 터보 과급기의 주어진 특성은 전체 작동 범위에 대한 바람직한 공기 공급을 어렵게 한다. 따라서, 가이드 장치 횡단면의 조절에 의해 부스트 압력 및 그에 따라 공기 공급이 주어진 부하 시점 동안 일정한 한계 내에서 변동될 수 있다. 미리 주어진 특성에 따라 부하의 증가에 따라 터빈 횡단면을 개방함으로써 압력 상승이 제한되기 때문에, 전부하 동안 소기 압력 및 그에 따른 점화 압력 및 정상적으로 설계된 엔진의 연료 소비가 조절된다.

따라서, 조절 가능한 터빈 가이드 장치를 가진 터빈의 효율이 특히 설계 포인트으로부터 떨어져 작동되는 동안 상승하거나 강하할 수 있다.

통상적으로 조절 가능한 터빈 가이드 장치는 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된 다수의 가이드 블레이드를 가지며, 상기 블레이드는 레버 및 조절 링을 통해 연결된다.

기본적으로 축류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치와 방사류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치는 상이해야 한다. 방사류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치는 비교적 간단히 구성될 수 있는(예컨대 DE 42 18 229 C1호 참고) 한편, 축류 터빈용 가이드 장치는 더 복잡한데, 그 이유는 특히 허브 및 유입 하우징 윤곽이 구형이기 때문이다. 즉, 적어도 휘어져 형성되어야 하기 때문이다. 이것은 모든 가이드 블레이드 위치에서 허브 및 유입 하우징 윤곽쪽으로 동일한 방사방향 갭을 형성하기 위해 필요하다.

이러한 축류기, 특히 축류 터빈은 독일 특허 공개 제42 13 709 A1호에 제시된다. 여기서는 조절 가능한 터빈 가이드 장치가 가이드 블레이드의 회전에 의해, 엔진의 부분 부하 시 터빈의 흐름 횡단면을 감소시킴으로써 실린더 전의 공기 압력을 상승시킬 수 있는 가능성을 제공한다.

공지된 축류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치는 링형 흐름 채널을 제한하는 벽 내부에 한편으로는 내부 허브를 그리고 다른 한편으로는 상기 허브를 링형으로 둘러싸는 외부 가이드 블레이드 지지체를 포함한다. 상기 가이드 블레이드 지지체는 터빈의 유입 하우징 내에 매달린다. 가이드 블레이드의 조절은 레버 로드를 통해 이루어지고 바람직하게는 부스트 압력, 회전수 등과 같은 작동 파라미터의 함수로 자동으로 이루어진다.

축류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치에서 흐름 손실을 줄이기 위해, 가이드 블레이드와 유입 하우징, 또는 허브 사이의 갭이 가급적 작어야 한다. 이러한 목적을 위해, 예컨대 가이드 블레이드가 가이드 블레이드 지지체 내에 지지된 저널, 및 유입 하우징에 대해 밀봉된 블레이드 회전 테이블을 포함하는 것과 같은 여러 가지 조치가 이미 공지되어 있다(예컨대, DE 27 40 192 C2 또는 DE 42 37 031 C1호 참고).

다른 한편으로는 "고온" 작동 동안 가이드 블레이드가 끼지 않도록 하기 위해, 가이드 블레이드가 일반적으로 알맞는 유격을 가지고 조립되어야 한다. 부하 변동 시, 즉 가이드 장치 부품들의 상이한 열 팽창 시 용이한 조절 가능성을 보장하기 위해, 지금까지는 충분히 큰 갭이 감수되었으나, 상기 갭, 즉 그것으로부터 결과되는 갭 흐름은 가이드 블레이드의 헤드 및 푸트에서 채널 내의 메인 흐름에 대한 방해 작용을 할 수 있다.

한편으로는 갭 횡단면을 최소화하려는 요구 그리고 다른 한편으로는 부품들의 용이한 조절 가능성을 제공하려는 요구는 서로 모순되기 때문에, 과거에 구현된 축류 터빈용 조절 가능한 가이드 장치는 다루기 쉽거나 또는 작은 흐름 손실을 갖는다.

본 발명의 목적은 가이드 장치의 부품들이 다루기 쉬울 뿐만 아니라 적은 갭 흐름을 허용하도록 전술한 방식의 축류기를 개선시키는 것이다. 또한, 새로운 축류기에서는 상기 2가지 요구가 통합되어야 한다.

도 1은 배기가스 터보 과급기 터빈의 부분 종단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 블레이드 판 2: 블레이드 저널

3: 블레이드 회전 테이블 4: 접시 스프링 와셔

5: 링크 레버 6: 조절 링

7: 가이드 블레이드 지지체

8: 유입 하우징 9: 내부 링

10: 슬롯 11: 밀봉판

12: 플랜지 20: 흐름 채널

21: 허브 22: 공동부

23: 밀봉 영역 30: 가이드 블레이드

31: 푸트 프로파일 32: 헤드 프로파일

A: 가이드 블레이드 축

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다.

허브가 적어도 가이드 블레이드의 푸트 프로파일의 밀봉 영역에서 휘어진 허브 윤곽으로 구현되고 가이드 블레이드 지지체 내에서 가이드 블레이드의 지지가 가이드 블레이드 축 방향으로 휘어져 형성되기 때문에, 가이드 블레이드와 유입 하우징 또는 허브 윤곽 사이의 갭을 통한 흐름 손실이 감소되고, 밀봉 부재에 의한 그리고 부품들의 열 팽창에 의한 조절 가능한 가이드 장치 부품의 응력이 피해진다.

특히 바람직하게는 가이드 블레이드 지지체 내에서 가이드 블레이드의 지지를 휘어지게 형성하는 것이 가이드 블레이드 축 방향으로 작용하는 스프링, 특히 접시 스프링 와셔에 의해 이루어지면, 가이드 블레이드의 헤드 프로파일이 모든 작동 상태에서 유입 하우징 윤곽에 인접하기 때문에, 상기 두 부품 사이의 갭이 매우 작아지거나 또는 완전히 피해질 수 있다.

바람직하게는 휘어진 허브 윤곽이 허브 윤곽 내로 삽입되는 내부 링, 즉 초기 응력 상태에서 가이드 블레이드의 푸트 프로파일에 대해 지지되는 내부 링의 형태로 구현되면, 상기 내부 링이 항상 가이드 블레이드 윤곽에 놓인다.

또한, 바람직한 실시예에서 내부 링이 조립을 위해 슬롯을 가지면, 여기서도 열 팽창이 보상될 수 있다. 상기 슬롯은 2개의 가이드 블레이드 사이에 배치되며 조절 과정 동안 블레이드 윤곽에 닿지 않음으로써, 슬롯에 의해 야기되는 손실이 최소화될 수 있다.

또한, 슬롯이 내부면에 있는 허브 공동부에 대해 밀봉판에 의해 커버되면, 슬롯을 통한 유량 손실이 피해질 수 있다.

바람직한 실시예에서 내부 링이 플랜지로 허브에 연결되면, 내부 링이 유입 하우징의 방사 방향으로 즉, 가이드 블레이드 축의 방향을 이동될 수 있기는 하지만, 유입 하우징의 축방향으로는 단지 작은 유격을 가지고 허브 윤곽 내로 삽입된다. 이러한 조치에 의해 또다시 유량 손실이 피해진다.

바람직한 실시예에서 링형 가이드 블레이드 지지체의 내부 윤곽, 허브 및 가이드 블레이드의 헤드 및 푸트 프로파일이 밀봉 효과의 개선을 위해 상응하게 구형으로 형성된다.

축류기의 가이드 장치를 본 발명에 따라 설계함으로써, 부품들 사이의 마찰이 증가하기는 하지만, 부품들의 상이한 열 팽창으로 인해 야기되는 메커니즘의 압착은 효과적으로 방지된다. 재료 선택은 그레이 캐스팅 방법으로 고온 내열성 재료로 제조된 가이드 블레이드가 세라믹-가이드 블레이드 지지체에 지지되고, 그 푸트 프로파일이 마찬가지로 주조된 허브에 대해 밀봉되도록 이루어진다. 동시에, 가이드 블레이드와 유입 하우징, 또는 허브의 갭이 가급적 작아서, 흐름 손실이 최소로 감소될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.

본 발명의 이해를 위해 중요한 부재, 특히 조절 가이드 장치가 도시된다.

축류 터빈의 축방향 흐름을 안내하는 링형 채널(20)은 한편으로는 내부 허브(21)에 의해 그리고 다른 한편으로는 링형 가이드 블레이드 지지체(7) 및 유입하우징(8)에 의해 제한된다. 가이드 블레이드 지지체(7)는 상세히 설명되지 않은 방식으로 유입 하우징(8)내에 매달린다.

조절 가능한 가이드 블레이드(30)는 블레이드 판(1), 블레이드 저널(2) 및 블레이드 회전 테이블(3)을 포함한다. 블레이드 저널(2)은 링형 가이드 블레이드 지지체(7)의 방사방향 홀 내에 회전 가능하게 지지되며 공지된 방식으로 예컨대 나사로 조여진 캐슬 너트 등에 의해 가이드 블레이드 지지체(7)에 고정된다. 가이드 블레이드 지지체(7)의 외부면에서 가이드 블레이드(30)의 연장된 저널(2)상에 링크 레버(5)가 페더 키이(feather key)에 의해 장착된다. 링크 레버(5)는 접시 스프링 와셔(4)의 중간 접속 하에 블레이드 저널(2) 및 가이드 블레이드 지지체(7)에 접촉하므로, 링크 레버(5)가 가이드 블레이드 지지체(7)에 대해 지지된다. 접시 스프링 와셔(4)는 블레이드 저널(2)상에 초기 응력을 가하며, 상기 초기 응력에 의해 푸트 프로파일(31), 즉 가이드 블레이드 판(1)의 하부 윤곽이 허브(21)의 외부 표면에 대해 가압된다. 즉, 가이드 블레이드(30)의 푸트 프로파일(31)이 허브(21)를 가진 스토퍼에 배치됨으로써 허브(21)의 윤곽에 대해 밀봉된다. 이로 인해, 블레이드 저널(2)은 가이드 블레이드 지지체(7)의 홀 내에 거의 유격 없이, 그러나 가이드 블레이드(30)의 축(A) 방향으로의 열 팽창에 대해 탄성적으로 그리고 진동이 댐핑되도록 고정된다. 블레이드 회전 테이블(3)은 가이드 블레이드 지지체(7)의 홀에 대해 채널(20)을 밀봉시킨다.

링크 레버(5)는 공지된 방식으로 조절 링(6)을 통해 도시되지 않은 작동 수단에 의해 이동될 수 있다.

허브(21)의 하우징 윤곽은 공동부(22)과 함께 적어도 부분적으로 구형으로 형성된다.

가이드 블레이드(30)의 푸트 프로파일(31)의 밀봉 영역(23)에서 내부 링(9)은 허브 윤곽 내로 삽입된다. 상기 내부 링(9)은 초기 응력을 받는 상태에서 가이드 블레이드(30)의 푸트 프로파일(31)에 대해 지지되고 플랜지(12)에 의해 허브(21)에 고정됨으로써, 내부 링(9)이 가이드 블레이드(30)의 축(A)의 방향으로 움직이기는 하지만, 허브(21)의 윤곽에, 즉 채널(20)의 축방향으로 작은 유격을 갖는다. 이것을 위해, 플랜지(12)와 내부 링(9) 사이의 접촉은 예컨대 치형 결합에 의해 이루어진다.

내부 링(9) 자체는 슬롯(10)을 갖는다. 상기 슬롯(10)은 2개의 가이드 블레이드 사이에 배치되며 조절 과정 동안 블레이드 윤곽에 닿지 않는다. 슬롯(10)을 통한 유량 손실을 막기 위해, 슬롯이 허브(21)의 공동부(22)으로부터 볼 때 밀봉판(11)에 의해 커버된다.

본 발명은 압축기에 적용될 수 있다. 또한, 축류 선풍기에도 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 축류기에서는 가이드 장치의 부품들이 다루기 쉬울 뿐만 아니라 적은 갭 흐름을 허용한다.

Claims

한편으로는 내부 허브에 의해 및 다른 한편으로는 외부 가이드 블레이드 지지체에 의해 제한되는 흐름 채널에 일련의 조절 가능한 가이드 블레이드를 포함하는 가이드 장치를 갖추고 있고, 상기 가이드 블레이드는 한편으로는 그 헤드 프로파일(32)의 영역에서 링형 가이드 블레이드 지지체의 방사방향 홀 내에 회전 가능하게 지지되며, 다른 한편으로는 상기 가이드 블레이드의 푸트 프로파일(31)이 허브에 대해 밀봉되는, 축류기, 특히 터빈에 있어서,

상기 허브(21)가 적어도 가이드 블레이드(30)의 푸트 프로파일(31)의 밀봉 영역(23)에서 휘어진 허브 윤곽(9)으로 구현되고 가이드 블레이드(30)의 지지가 가이드 블레이드 축(A)의 방향으로 마찬가지로 휘어지도록(4) 형성되는 것을 특징으로 하는 축류기.
제1항에 있어서, 상기 링형 가이드 블레이드 지지체(7)의 내부 윤곽, 허브(21), 및 가이드 블레이드(30)의 헤드 및 푸트 프로파일(31 및 32)이 밀봉 효과의 개선을 위해 상응하게 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 축류기.
제1항에 있어서, 상기 가이드 블레이드(30)의 지지의 휘어진 디자인이 가이드 블레이드 축(A)의 방향으로 작용하는 스프링(4)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 축류기.
제1항에 있어서, 상기 휘어진 허브 윤곽이 허브 윤곽 내로 삽입되는 내부 링(9), 즉 초기 응력 상태에서 가이드 블레이드(30)의 끝(31)에 대해 지지되는 내부 링(9)의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 축류기.
제4항에 있어서, 상기 내부 링(8)이 슬롯(10)을 가지며, 상기 슬롯(10)은 2개의 가이드 블레이드(30) 사이에 배치되고 조절 운동 동안 가이드 블레이드(30)에 닿지 않는 것을 특징으로 하는 축류기.
제4항 및 제5항에 있어서, 상기 슬롯(10)이 허브 공동부(22)에 대해 밀봉판(11)에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 축류기.
제4항에 있어서, 상기 내부 링(9)은, 유입 하우징(8)의 방사 방향으로 이동되지만, 유입 하우징(8)의 축방향으로는 단지 작은 유격을 가지고 허브 윤곽 내로 삽입되도록, 플랜지로 허브(21)에 연결되는 것을 특징으로 하는 축류기.