KR20020041438A

KR20020041438A - 터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상간극에서의 유동을 간접냉각하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020041438A
Application number: KR1020027003433A
Authority: KR
Inventors: 분더발트디르크; 보티엔미하욜로-뤼디거; 뮐러울프크리스티안; 브레머요아힘; 그레버위르크; 지스짜우프헬무트
Original assignee: 바이벨 베아토; 에이비비 터보 시스템즈 아게
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2002-06-01
Also published as: WO2001029426A1; KR100607424B1; CN1375042A; JP2003525377A; CN1191433C; DE59913001D1; AU6075899A; EP1222400A1; EP1222400B1

Abstract

본 발명의 목적은 터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상 간극에서의 유동을 냉각하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 냉각효과의 측면에서 개선된 것이다. 게다가, 상기의 방법을 실현하는 장치가 단순, 저비용 및 견고함을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제 1 냉각유체 (29) 가 방사상 간극 (24) 에 인접한 스테이터 부분 (20) 에 수용되고, 제 2 기체상 냉각유체 (41) 가 방사상 간극 (24) 에 도입되는 것에 의해 상기한 효과가 달성된다. 이 때문에, 방사상 간극 (24) 에 인접한 스테이터 부분 (20) 의 내부에 적어도 하나의 리세스 (26) 가 형성되거나 또는 스테이터 부분 (20) 에 적어도 하나의 공동이 배치된다. 상기 리세스 (26) 또는 공동은 제1 냉각유체 (29) 를 위한 공급라인 (27) 및 배출라인 (28) 에 모두 연결된다. 게다가, 제2 냉각유체 (41) 을 위한 배출장치 (42) 및 적어도 하나의 공급통로 (40) 가 방사상 간극 (24) 에 배치된다.

Description

터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상 간극에서의 유동을 간접냉각하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR THE INDIRECT COOLING OF A FLOW REGIME IN RADIAL SLITS FORMED BETWEEN ROTORS AND STATORS OF TURBOMACHINES}

회전기구를 실링하기 위해서, 비접촉 시일, 특히 미로 시일(labyrinth seal)이 터보기계구성에 널리 사용된다. 유동이 통과하여 흐르는 회전부품과 정지부품 사이의 분리간극에서는, 유동 경계층이 생성되기 때문에 높은 마찰력이 발생한다. 이로 인해 분리간극에서의 유체가 가열되고, 따라서 분리 간극을 둘러싸는 부품들이 가열된다. 재료가 고온이 되면 관련되는 부품의 유효수명이 단축되게 된다.

DE 195 48 852 A1 는 분리간극에 형성된 실링구조가 없는 단순구조의 레이디얼 압축기를 개시하고 있다. 이 경우 또한, 압축기 임펠러의 후방 벽에서의 유동전단층으로 인해 발생된 마찰열이 압축기 임펠러를 가열하고, 따라서 이로 인해유효수명이 단축된다.

EP 0 518 027 B1 은 압축기 임펠러의 후면에 실링구조를 가진 레이디얼 압축기의 공기 냉각을 개시하고 있다. 이를 위하여, 레이디얼 압축기의 케이싱 벽면상의 개별 실링요소들 사이에 추가적인 환형 공간이 형성된다. 압축기 임펠러 배출구에서 일반적인 압력보다 높은 압력의 차가운 기체가 이 환형의 공간으로 향하게 된다. 공급된 공기는 충돌냉각의 작용을 한다. 이 과정에서, 공기는 실링지역에서 분리되어, 주로 내부 및 외부로 방사방향으로 흐른다. 이것은 압축기 임펠러의 배출구로부터 분리간극을 통한 뜨거운 압축기 공기의 유동에 대한 차단 효과를 추가적으로 달성하기 위함이다. 그러나, 이런 방식으로 보내진 공기는 스러스트 및 경계층에서의 추가적인 마찰 손실의 증가를 초래한다.

직접냉각외에, DE 196 52 754 A1 또한 압축기 임펠러의 후방 벽이나 분리간극을 통해 흐르는 매체의 간접냉각을 개시한다. 이를 위해, 터보차저의 윤활유시스템에 연결된 공급 및 분배장치는 후방 벽에 배치된 케이싱부분상에 또는 그 내부에 배열되고, 후방 벽과 함께 분리간극을 형성한다. 베어링 윤활을 위해 사용된 오일은 냉각매체로 이용할 수 있고, 이를 위해 터보차저의 윤활유 회로가 태핑되어 있다. 이러한 냉각의 문제점은 요구되는 오일량과 오일 냉각기에 의해 추가로 소실되어야 하는 열량이 상대적으로 많다는 것이다. 이것은 냉각기 전체의 부피를 증가시킨다. 게다가, 관련부품들에 손상이 가해진 경우에는, 폭발의 위험이 증가한다.

US 4815184 에서는 터보 차저의 베어링 하우징의 수냉에 대해 개시하고 있다. 그러나, 이러한 냉각방식은, 터보 차저가 작동중지된 후에 그 터보차저의 베어링 하우징에 잔류하는 윤활 오일의 탄화(carbonization)의 위험을 방지하는 역할을 한다. 전술한 종래기술의 방식과는 달리, 냉각 매체의 공급은 연속적인 작동중에는 필요하지 않으며 오히려 터보차저가 작동중지 되었을때 필요하다. 따라서, 이러한 타입의 베어링 하우징의 냉각은 터보기계의 스테이터와 로터사이에 형성된 방사상 간극에 간접적인 냉각을 제공하지 않는다. 또한, 이러한 방식은 중간 벽의 냉각에 대해 명시적으로 취급하지 않는다.

본 발명은 청구항 1 및 청구항 7 의 전제부에 따른 터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상 간극에서의 유동을 간접냉각하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 레이디얼 압축기의 압축기 임펠러와 케이싱 사이의 방사상 간극에서의 유동을 간접냉각하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연기관에 연결된 배기가스 터보차저에 관련된 도면에 본 발명의 실시예들이 도시되어 있다.

도 1 은 내연기관에 연결된 배기가스 터보차저의 개략도를 도시한다.

도 2 는 배기가스 터보차저의 레이디얼 압축기를 관통하는 부분 종 단면도를 도시한다.

도 3 은 도 2 에 따른 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.

도 4 는 도 2 에 따른 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다.

도 5 은 도 2 에 따른 본 발명의 제 4 실시예를 도시한다.

도 6 은 도 2 에 따른 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.

도 7 은 도 2 에 따른 본 발명의 다음 실시예를 도시한다.

본 발명의 이해에 도움이 되는 요소만이 도시되었고, 작동 매체의 유동의 방향은 화살표로 표시되었다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 내연기관 2 : 배기가스 터보차저

3 : 레이디얼 압축기 4 : 배기가스 터빈

5 : 축 6 : 과급공기 라인

7 : 배기가스 라인 8 : 과급공기 냉각기

9 : 냉각수 회로 10 : 압축기 케이싱

11 : 로터, 압축기 임펠러 12 : 가동 블레이드

13 : 허브 14 : 유동 통로

15 : 디퓨저 16 : 스파이럴

17 : 공기주입 케이싱 18 : 공기배출 케이싱

19 : 디퓨저 플레이트 20 : 스테이터 부분, 중간벽

21 : 베어링 하우징 22 : 후방 벽

23 : 체결 슬리브 24 : 방사상간극, 분리간극

25 : 미로 시일 26 : 리세스

27 : 공급라인 28 : 배출라인

29 ; 제 1 냉각유체 30 : 튜브

31 : 작동매체 32 : 주 유동

33 : 누설 유동 34 : 실링 링

35 :그루브 36 : 튜브

37 : 연결 라인 38 : 공동

39 : 리드 40 : 공급통로

41 : 제 2 냉각유체, 과급공기 42 : 배출장치

43 : 외부 링 44 : 공동

45 : 제어 밸브

본 발명은 상기한 모든 단점을 피하고자 하는 것이다. 본 발명의 목적은 터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상의 간극에서의 유동을 냉각하는 방법으로서, 냉각효과가 개선된 방법을 제공하는 것이다. 또한, 상기 방법을 실현시키기 위한 간단하고, 비용이 적게 들며 견고한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 목적은 청구항 1의 전제부에 의한 방법에 있어서, 물을 방사상 간극에 인접한 스테이터 부분용 냉각 유체로 사용함으로써 달성된다.

냉각매체로 사용되는 물은, 공지된 윤활오일에 비해 두 배 이상의 비열용량을 가질뿐 아니라 약간 더 높은 밀도를 가진다. 냉각 유체를 통하여 소산되는 열 유동은 밀도와 비열용량의 곱에 비례하므로, 물을 사용하였을 경우에는 오일의 경우에 비해 뚜렷한 장점을 가진다. 따라서, 동일한 질량 유량 및 동일한 수온하에서, 냉각되어야 할 스테이터 부분을 경유하여 방사상 간극을 통과하는 매체의유동에서 더 많은 양의 열이 추출될 수 있다. 따라서, 방사상 간극에 인접한 로터의 영역에서의 냉각 효과도 마찬가지로 증대된다. 역으로 동일한 양의 열을 소산시키기 위해서는 윤활 오일의 경우와 비교할때 더 적은 양의 냉각수가 요구되며 그 결과 냉각 매체의 공급 및 방출장치의 크기가 이에 상당하게 더 적게될 수 있다.

이를 위해, 하나 이상의 리세스가 방사상 간극에 인접한 스테이터 부분의 내부에 형성되거나 또는 하나 이상의 공동이 스테이터 부분에 배치된다. 리세스나 공동은 냉각 유체용 공급라인 및 배출 라인에 모두 연결된다. 냉각 유체는 이 라인들을 경유하여 도입되거나 다시 송출된다. 가능한 한 적게 유지되어어 하는 로터측 벽 두께에 따라 스테이터 부분 내부에서 방사상 간극에 인접하게 물을 안내함으로써 냉각 효과가 개선될 수 있다. 그러나, 스테이터 부분의 리세스 대신에 전술한 공동이 스테이터 부분에 형성된다면, 양호한 냉각 효과와 함께 더욱 간단하며 저렴하게 제작될 수 있다.

내연기관, 과급공기 냉각기 및 배기가스 터보차저로 구성되는 시스템에서, 시스템 외부에서의 물이나 바람직하게는, 시스템 내부에 존재하는 물이 냉각 유체로 사용될 수 있다. 후자의 경우, 과급공기냉각기의 냉각수 회로에 있는 냉각수가 이러한 목적으로 사용되며, 이 냉각수는 과급공기냉각기의 상류에서 분지된다. 이 경우, 고정된 스테이터 부분은 레이디얼 압축기의 케이싱 부분이며, 이 케이싱 부분은 로터,즉 배기가스 터보차저의 회전하는 압축기 임펠러에 대해서 방사상 간극을 형성한다.

스테이터 부분의 리세스로서 튜브가 스테이터 부분에 일체로 주조되어 형성되어 있으며, 그 결과 간단하고 견고한 냉각장치가 얻어진다. 이에 대한 다른 예로서 하나 이상의 그루브가 스테이터 부분에 마련되고 리세스로서의 역할을 하는 하나 이상의 튜브가 각 그루브에 삽입되고 주조된다. 물론, 하나 이상의 이에 상당하는 일체로 주조되면서 리세스를 형성하기 위해 제거되는 코어를 가지는 스테이터 부분은 훨씬 제작이 간단하다.

방사상 간극에 인접한 스테이터 부분의 냉각전에 냉각액체가 디퓨저의 간접 냉각에 사용되며, 누설 유동이 분지되는 곳의 하류의 작동 유체의 주 유동을 수용한다. 하류영역에서의 터보기계의 재질에 대한 효과적인 냉각이 달성될 수 있다. 게다가, 디퓨저에서 방사상 간극에 인접한 스테이터 부분으로의 열 유동이 감소될 수 있다.

특히 바람직한 방식으로, 제 2 냉각 유체가 수냉에 부가하여 사용되며, 방사상 간극으로 향하고, 바람직하게는 공기가 사용된다. 방사상 간극에 대한 이중 냉각으로 인해 높은 열부하를 받는 로터의 온도가 더욱 감소될 수 있다. 이를 위해, 제 2 냉각 유체용 배출장치뿐만 아니라 하나 이상의 공급 통로가 방사상 간극에 배치된다.

제 2 공급 유체의 공급이 부분적으로 또는 심지어 완전히 차단됨으로써, 냉각 효과가 터보기계의 작동중에 예상되는 조건 또는 실제 온도조건에 적합하게 될수 있다.

개략도인 도 1 에는 디젤엔진의 내연기관 (1) 과 상호작용하는 배기가스 터보차저 (2) 가 도시되어 있다. 배기가스 터보차저는 레이디얼 압축기 (3) 및 이 압축기와 공통의 축 (5) 을 가지는 배기가스 터빈 (4) 으로 구성된다. 레이디얼 압축기 (3) 는 과급공기 라인 (6) 을 통해 내연기관 (1) 에 연결되고, 배출가스 터빈 (4) 은 배출가스 라인 (7) 을 통해 내연기관 (1) 에 연결된다. 과급공기 냉각기 (8) 는 과급공기 라인 (6) 에, 즉 레이디얼 압축기 (3) 와 내연기관의 사이에 장착된다. 과급공기 냉각기 (8) 는 공급과 방출의 냉각수 회로 (9) 을 가진다 (도시 안됨).

레이디얼 압축기 (3) 는 압축기 케이싱 (10) 을 구비하며, 이 케이싱 내부에는 압축기 임펠러로 구성되고 축 (5) 에 연결된 로터 (11) 가 배치된다. 압축기 임펠러 (11) 는 다수의 가동 블레이드 (12) 가 설치된 허브 (13) 를 가진다. 유동 통로 (14) 는 허브 (13) 와 압축기 케이싱 (10) 의 사이에 형성된다. 가동 블레이드 (12) 의 하류에 방사상으로 배열된 블레이드를 갖는 디퓨저 (15) 가 유동 통로 (14) 에 인접하고, 디퓨저 (15) 는 다음으로 레이디얼 압축기 (3) 의 스파이럴 (16) 로 개방된다. 압축기 케이싱 (10) 은 주로 공기-입구 케이싱 (17), 공기-출구 케이싱 (18), 디퓨저 플레이트 (19) 와, 배기가스 터보차저 (2) 의 베어링 하우징 (21) 용 중간벽으로 구성된 스테이터 부분 (20) 을 포함한다 (도 2 참조).

터빈 측에서, 허브 (13) 는 축 (5) 용 체결 슬리브 (23) 및 후방 벽 (22) 을 가진다. 체결 슬리브 (23) 는 압축기 케이싱 (10) 의 중간벽 (20) 에 의해 수용된다. 또 다른 적절한 압축기-임펠러/축 연결이 선택될 수도 있다. 또한 블레이드가 없는 디퓨저의 사용도 가능하다.

회전 압축기 임펠러 (11), 즉, 그 후방 벽 (22) 과 압축기 케이싱 (10) 의 고정된 중간벽 (20) 의 사이에는 필연적으로 분리간극이 존재하고, 이 분리간극은레이디얼 압축기 (3) 의 경우에는 방사상 간극 (24) 으로 구성된다. 방사상 간극 (24) 은 압축기 케이싱 (10) 을 베어링 하우징 (21) 으로부터 실링하는 미로 시일 (25) 을 수용한다. 둘러 싸인 리세스 (26) 가 압축기 케이싱 (10) 의 중간벽 (20) 에 형성되고, 냉각유체 (29) 용 공급라인 (27) 및 배출라인 (28) 에 연결된다(도2, 도3). 인접한 압축기 임펠러 (11) 에서 가능한 한 높은 냉각효과를 달성하기 위하여, 중간벽 (20) 은 리세스 (26) 의 압축기-임펠러 측에 가능한한 얇게 되도록 구성된다. 이를 위해, 양 단부가 폐쇄되어 있고 그 내부공간이 리세스 (20) 을 형성하는 얇은 벽의 튜브 (30) 가 중간벽 (20) 의 제조시에 일체적으로 주조된다(도 2).

배기가스 터보차저 (2) 의 작동시, 압축기 임펠러 (11) 는 작동매체 (31) 로서 주변 공기를 끌어 들이고, 이 작동매체는 주 유동 (32) 으로서 유동통로 (14) 와 디퓨저 (15) 를 지나 스파이럴 (16) 로 이동하며, 이곳에서 더욱 압축되고 최종적으로, 과급공기 라인 (6) 을 경유하여, 배기가스 터보차저 (2) 에 연결된 내연기관 (1) 을 과급하는데 사용된다. 그러나, 사전에, 압축 작용시에 가열된 작동매체 (31) 에 대한 적절한 냉각이 과급공기 냉각기 (8) 에서 시행된다.

유동 통로 (14) 에서 디퓨저 (15) 로 가는 도중에, 레이디얼 압축기 (3) 에서 가열된 작동매체 (31) 의 주 유동 (32) 은 또한 방사상 간극 (24) 에 누설 유동 (33) 으로서 수용되며, 그 결과 압축기 임펠러 (11) 가 추가적으로 가열된다. 그러나, 압축기 임펠러 (11) 의 외부영역에서 작동온도가 가장 높기 때문에, 특히 이곳에서 재료에 높은 부하가 가해진다. 과급공기 냉각기 (8) 의 냉각수 회로(9) 로부터 냉각 유체 (29) 로서 분지된 냉각수가 이 위험영역에 인접하게 배치된 중간 벽 (20) 의 리세스 (26) 로 향한다. 그러므로 방사상 간극 (24) 에 위치한 누설 유동 (33) 의 간접냉각과 또한 압축기 임펠러 (11) 의 간접냉각이 여기서 발생한다. 이 경우, 상대적으로 차가운 냉각수에 의해 효율적인 냉각이 되도록, 냉각유체 (29) 는 과급공기 냉각기 (8) 의 상류에서 분지되어진다. 냉각작용 후에, 이제 가열된 냉각유체 (29) 는 과급공기 냉각기 (8) 의 하류의 배출라인 (28) 을 경유하여 냉각수 회로 (9) 에 피드백된다 (도 1). 물론, 내연기관 (1), 과급공기 냉각기 (8) 및 배출가스 터보차저 (2) 의 시스템에 존재하는 냉각수 대신에, 시스템의 외부로부터 새로운 물이 냉각유체 (29) 로 공급될 수 있다 (도시 안됨).

방사상 간극 (24) 이 미로 시일 (24) 에 의해 실링되지 않고 체결 슬리브 (23) 와 중간 벽 (20) 사이에 배치된 시일 링 (34) 에 의해 실링되는 제 2 실시예에서, 리세스 (24) 는 중간 벽 (20) 에 일체적으로 주조되고 그런 다음 다시 제거되는 코어에 의해 형성된다(도 3).

제 3 실시예에서는 중간 벽 (20) 에 그루브 (35) 가 형성되어 있다. 두개의 튜브 (36) 가 그루브 (35) 로 삽입되고 주조되며, 이 두개의 튜브 (36) 는 연결라인 (36) 을 가진다. 다음으로, 튜브 (36) 의 내부공간은 리세스 (26) 를 형성한다(도 4). 물론, 단일 튜브 (36) 도 그루브 (35) 내에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 두개 이상의 튜브 (36) 를 수용할 수 있는 두개이상의 그루브 (35) 가 중간 벽 (20) 에 형성될 수도 있다(도시 안됨).

제 4 실시예에서는, 중간 벽 (20) 에서의 리세스 (26) 에 대한 대안으로서공동 (38) 이 중간 벽 (20) 에 형성되며 터빈측에서 뚜껑 (39) 에 의해 폐쇄된다(도 5). 리세스 (26) 와 마찬가지로 공동 (38) 도 냉각 유체 (29) 용 공급 라인 (27) 및 배출 라인 (28) 에 연결된다. 이러한 변형예에 의해 압축기 임펠러 (11) 의 냉각에 소요되는 제조비용이 감소될 수 있다. 따라서, 뚜껑 (39) 과 공동 (38) 도 동일한 기능을 하기 위해 중간벽 (20) 의 압축기측에 배치될 수 있다(도시안됨).

마지막으로 언급한 실시예에서, 방사상 간극 (24) 에 위치하는 누설 유동 (33) 의 간접냉각 및 이에 따른 압축기 임펠러 (11) 의 간접냉각이 전술한 제 1 실시예에서 기재된 작용과 유사한 방식으로 수행된다.

다른 실시예에서, 중간 벽 (20) 은 디퓨저 (15) 의 실질적인 영역을 덮도록 방사상방향으로 외부로 연장되도록 구성된다. 이를 위해, 중간 벽 (20) 에는 이에 상당하는 외부 링 (43) 이 존재한다. 둘러 싸인 공동 (44) 이 외부 링 (43) 의 내부에 형성된다. 냉각 유체 (29) 용 공급라인 (27) 이 외부 링 (43) 과 맞물리며, 다른 단부에서 중간 벽 (26) 의 리세스 (26) 내로 연결되는 공동 (44) 내로 개방된다.

이러한 구성에 있어서, 공급 라인 (27) 에서 출발하는 냉각 유체 (29) 는 맨 먼저 외부 링 (43) 의 공동 (44) 으로 향하고, 여기에서 디퓨저 (15) 나 또는 디퓨저 플레이트 (19) 를 간접냉각하는 역할을 한다. 그런 다음, 냉각 유체 (29) 는 중간 벽 (20) 의 리세스 (26) 를 향한다. 여기에서 전술한 바와 같은 누설 유동 (33) 의 간접 냉각이 수행된다. 냉각 유체 (29) 의 냉각수 회로 (9) 로의 재순환이 마찬가지로 배출라인 (28) 을 통해 실현된다.

물론, US 4815184 에 개시된 바와 같이 중간 벽 (20) 이 직접 디퓨저 플레이트 (19) 에 일체로 될 수 있으며, 중간 벽 (20) 의 리세스 (26) 에 연결된 공동 (44) 이 디퓨저 플레이트 (19) 에 배치될 수도 있다(도시안됨).

다음 실시예에서는, 이미 전술한 간접냉각에 부가하여, 누설 유동 (33) 의 직접냉각이 제공된다. 이를 위해, 제 2 냉각유체 (41) 를 위한 것으로서, 압축기 임펠러 (11) 의 후방 벽 (22) 에 접선방향으로 방사상 간극 (24) 을 향해 개방된 복수의 공급통로 (40) 가, 베어링 하우징 (21) 과 디퓨저 플레이트 (19) 모두를 관통하도록 배치된다 (도 7). 공급통로 (40) 들은, 냉각된 과급공기가 제 2 냉각유체 (41) 로 이용되도록 과급공기 냉각기 (8) 의 하류에서 과급공기 라인 (6) 으로 연결된다 (도 1).

제 2 냉각유체가 접선방향으로 도입됨에 따라, 압축기 임펠러 (11) 의 전체 후방 벽 (22) 에 대한 완전한 막냉각 (pure film cooling) 이 실현된다. 제 2 냉각유체 (41) 는 뜨거운 누설 유동 (33) 을 대체하므로, 압축기 임펠러 (11) 의 후방 벽 (22) 상에 형성되는 경계층이 처음부터 냉각된 과급공기에 의해 이미 형성된다. 그런 다음 제 2 냉각유체 (41) 의 추출은 압축기 케이싱 (10) 의 중간벽 (20) 에 장착된 배출장치 (42) 를 경유하여 (도면에 상세하게 도시안됨) 행해진다. 직접 및 간접냉각의 이러한 조합으로 인해 특별한 냉각효과가 발생하는데, 그 이유는 두개의 냉각방법이 효과를 서로를 보충하며, 따라서 압축기 임펠러 (11) 에 매우 현저한 온도 저감을 제공하기 때문이다. 물론, 다른 냉각 매체도 제 2 냉각유체 (41) 로서 사용될 수 있으며, 압축된 공기의 외부로부터의 공급도 가능하다(도시안됨).

도 1 에는 제 2 냉각 유체 (41) 용 공급 통로 (40) 에 제어 밸브 (45) 가 부가적으로 도시되어 있다. 이 제어 밸브 (45) 에 의해 제 2 냉각 유체 (41) 의 체적 공급이 제어될 수 있으므로, 예상되는 조건이나 배기가스 터보차저 (2) 의 작동중의 실제 온도조건에 따라 냉각 효과의 조절이 가능하다. 이 경우, 제어 밸브 (45) 는 측정 및 제어 장치 (도시안됨) 뿐만 아니라 수동으로도 작동될 수 있다. 가능한 측정 변수는 과급공기 냉각기 (8) 를 지난 후의 과급공기의 온도 또는 중간 벽 (20) 자체의 온도이다. 물론, 이런 방식으로 제 2 냉각 유체 (41) 의 공급이 부분적으로 또는 완전히 방지될 수 있다. 후자의 경우 간접냉각 즉 수냉이 일어난다.

전술한 냉각방식은 물론 미로 시일 (25) 이 방사상 간극 (24) 에 배치되었는지 여부에 관계없이 서로 바람직한 방식으로 조합될 수 있다. 중간 벽 냉각만을 이용하는 도중에는 압축기 추력이나 배기가스 터보차저 (2) 의 베어링 하우징 (21) 으로의 공기의 누설의 증가는 처음부터 피할 수 있다.

Claims

터보기계의 로터와 스테이터 사이에 형성된 방사상 간극에서의 유동을 간접냉각하는 방법으로서, 터보기계의 작동 매체 (31) 의 주 유동 (32) 으로부터 분지되는 누설유동 (33) 이 방사상 간극 (24) 에 도입되고, 냉각유체 (29) 가 상기 방사상 간극 (24) 에 인접한 스테이터 부분 (20) 에 수용되는 방법에 있어서,

냉각 유체 (29) 로서 물이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 냉각유체 (29) 가 스테이터 부분 (20) 에 형성된 리세스 (26) 내에 도입되거나 또는 스테이터 부분 (20) 에 배치된 공동 (38) 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 내연기관 (1), 과급공기 냉각기 (8) 및 배기가스 터보차저 (2) 로 구성되는 시스템의 외부로부터 도입된 새로운 물이 냉각유체 (29) 로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 내연 기관 (1), 과급공기 냉각기 (8) 및 배기가스 터보차저 (2) 로 구성되는 시스템에서 존재하는 물이 냉각유체 (29) 로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 과급공기 냉각기 (8) 의 냉각수 회로 (9) 에 존재하는 냉각수가 냉각유체 (29) 로 사용되고, 상기 냉각유체는 과급공기 냉각기 (8) 의 상류에서 분지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 작동 유체 (31) 의 주 유동 (32) 은 누설 유동 (33) 이 분지되는 위치의 하류에서 디퓨저 (15) 로 도입되고, 냉각 유체 (29) 는, 방사상 간극 (24) 에 인접한 스테이터 부분 (20) 의 수냉전에, 디퓨저 (15) 와 디퓨저 플레이트 (19) 의 간접냉각에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 제 2 냉각 유체 (41) 는 바람직하게는, 공기가 사용되고 방사상 간극 (24) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 제 2 냉각 유체 (41) 의 공급이 부분적으로 또는 완전히 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.
고정된 스테이터 부분 (20) 이 로터 (11) 에 대해서 방사상 간극 (24) 을 형성하도록 배치되는, 청구항 1 의 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,

하나 이상의 리세스 (26) 가 상기 스테이터 부분 (20) 의 내부에 형성되거나 또는 하나 이상의 공동 (38) 이 상기 스테이터 부분 (20) 에 배치되고, 상기 리세스 (26) 또는 공동 (38) 은 상기 냉각 유체 (29) 용의 공급라인 (27) 및 배출라인 (28) 모두에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 하나 이상의 일체로 주조된 튜브 (30) 가 스테이터 부분 (20) 에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 하나 이상의 그루브 (35) 가 스테이터 부분 (20) 에 배치되며, 하나 이상의 튜브 (36) 가 각 그루브 (35) 에 삽입되고 주조되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 고정된 스테이터 부분 (20) 이 레이디얼 압축기 (3) 의 압축기 케이싱 (10) 의 일부분으로서 구성되고, 상기 부분이 배기가스 터보차저 (2) 의 회전하는 압축기 임펠러 (11) 에 대해서 방사상 간극 (24) 을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 제 2 냉각 유체 (41) 용의 배출장치 (42) 뿐만 아니라 하나 이상의 공급 통로 (40) 가 방사상 간극 (24) 에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.