KR20060051121A - 스프링 클램핑 클립 - Google Patents
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Abstract
두 개의 인접한 가이드 베인 샤프트(guide vane shaft)(21,22)사이에 스프링 클램핑 클립(1)의 사용은 가이드 부시(guide bush)에서 가이드 베인의 베어링 점에 한정된 힘을 가하게 한다.
따라서, 가이드 부시에서 가이드 베인의 클램핑 힘(clamping force) 및 흐름과 관련된 상승/표류힘으로부터 생성된 안착력(seating force)은 항상 양의 값을 가지며, 가이드 베인은 일정하게 가이드 부시에 머무르게 된다.
Description
도 1은 두 개의 가이드 베인 샤프트 사이에 본 발명에 따라 끼워진 상태에서의 스프링 고정 클립을 나타낸 도면.
도 2는 베어링 부시(bearing bush)에 설치된 가이드 베인 샤프트에 작용하는 힘을 도식적으로 나타낸 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 스프링 클램핑 클립.
11,12: 안착영역(Seating region)
13: 조립 보조 곡률(Fitting-aid curvature)
14: 연장 단부(End extension)
21, 22: 가이드 베인 샤프트
3: 베어링 하우징
4: 샤프트 베어링 부시
5: 베어링 부시에 있는 가이드 베인 샤프트의 베어링 점
FB1, FB2: 클램핑 클립의 힘
Fs: 흐르는 힘
L: 클립 너비
M: 클립 길이
V: 진동 움직임
본 발명은, 개별적으로 조절 가능한 가이드 베인을 가진 방사류 배기 터보차저 터빈(radial-flow exhaust turbocharger turbine)에 관한 것으로서, 이 가이드 베인은 하우징(housing)에 설치되는 각각의 가이드 베인 샤프트(guide vane shaft)를 통해 각각 조절 가능하고, 각각의 가이드 베인 샤프트는 선회 레버(pivoted lever)를 통해 작동된다. 본 발명은 회전하도록 설치된 가이드 베인과 가이드 베인 샤프트를 서로 제한하기 위한 스프링 클램핑 클립을 가지는 터보머신(turbomachine)의 가이드 장치와 그러한 가이드 장치를 가지는 배기 터보차저에 관한 것이다.
특히, 배기 터보차저에 있어서의 배기 터빈은 내연기관과 결합하여 사용된다. 내연기관으로부터의 배기 가스는 터빈 휠(turbine wheel)을 구동하기 위한 구동 매체(driving medium)로서 사용된다. 터빈 휠은 샤프트에 의해 컴프레서 휠로 연결되는데, 이 컴프레서 휠로 인해 내연기관으로 공급되는 흡입공기가 압축된다. 고정된 플로 캐스케이드(flow cascade)(노즐 링)대신에, 그 동안 다양한 터빈 결합구조(variable turbine geometries(VTG))를 사용하는 것이 일반화되었다. 이 경우 에, 흔히 나타나는 터빈 가이드 베인의 각도는 조절 메카니즘에 의해 각각의 동작점(operating point)에 맞춰질 수 있다.
일반적으로, VTG 장치는 샤프트 상의 베어링 하우징에 설치된 복수의 가이드 베인과 가이드 베인을 회전시키기 위한 조절 메카니즘을 포함한다. VTG 장치는, 예를 들어, EP 0 226 444 또는 DE 43 09 636에 설명되어 있다.
동작되는 동안 매우 뚜렷한 정도로 가열되는 배기 터빈의 가이드 베인은 걸려서 멈추지(jam) 않도록 적당한 간극을 가지고 베어링 부시에 설치되어야 한다. 간극은 가이드 베인의 레이디얼 베어링 점에서, 때때로 가이드 베인 샤프트와 베어링 부시 사이의 안착 표면에 진동 마모(vibration fretting)를 일으킬 수 있는데, 이러한 마모는, 예를 들면, 베어링 하우징의 동작에 의해 유도된 진동 또는 가변적인 흐르는 힘(flow force)에 의해 일어날 수 있다.
US 5,415,272는 한 쌍의 비회전 롤러 샤프트 사이에 설치되고 롤러 컨베이어의 진동을 감쇠하도록 의도된 스프링 클램핑 클립을 가진 장치를 나타낸다.
본 발명의 목적은 베어링 점에서 마모가 덜 일어나는 방법으로 가이드 베인 샤프트의 베어링 장치를 개선시키는 것이다.
이러한 목적은 샤프트 사이에 클램핑된 스프링 클램핑 클립에 의해 이루어지므로, 샤프트의 안착력이 특정 방향으로 증가되고, 예를 들어, 하우징 진동이나 흐르는 힘에 의해 배기 터빈에서 야기되는 베어링 부시에서의 가이드 베인 샤프트의 확정되지 않은 움직임은 방지된다.
두 개의 가이드 베인 샤프트 사이의 스프링 클램핑 클립의 사용은 원주 방향으로 베어링 점에 한정된 힘을 초래한다. 이것은 클램핑 힘과 가변적인 흐르는 힘으로부터 생성된 안착력이 항상 양의 값이 되도록 유지시켜주고, 하우징의 진동에도 불구하고 가이드 베인이 가이드 부시에서 일정하게 머무르도록 하는 효과를 가져온다.
스프링 고정 클립은, 한편으로는, 동작되는 동안 가이드 베인 샤프트를 떨어지게 하지 않고, 다른 한편으로는, VTG 장치를 제거할 필요 없이 끼워질 수 있는 방식으로 본 발명에 따라 설계된다.
스프링 고정 클립은 기존의 터보머신에서, 예를 들면, 배기 터보차저의 터빈에 설치될 수 있으므로, 가이드 베인 베어링의 장래 마모는 간단한 방법으로 감소될 수 있다.
추가적인 장점들은 종속항에서 이어진다.
본 발명은 도면에 관하여 아래에 더 상세히 설명되는데,
도(2)는 본 발명에 따라 스프링 클램핑 클립으로 제한된 가이드 베인 샤프트에 작용하는 힘을 나타낸다. 스프링 고정 클립에 의해 가해지고 원주방향(일점쇄선으로 표시된 곡선이 나타내는 배기 터빈의 원주방향)으로 작용하는 클램핑 클립의 힘(FB)은 흐르는 힘(FS)과 하우징 진동(V)과는 상관없이 양의 값을 가지는 안착력을 생성시키는데, 즉, 가이드 베인 샤프트(2)는 항상 가이드 부시(4)내에 놓이고 상승 하지 못한다. 가이드 베인 샤프트의 중심점은 상기 가이드 베인 샤프트가 베어링 부시와 충돌할 때까지 고정 클립의 힘(FB)에 의해 원주방향으로 옮겨진다. 가이드 베인 샤프트의 안착점(5)은 다른 흐르는 힘(FS)에 대해 클램핑 클립의 힘(FB)으로 인한 다른 동작점의 함수로서 베어링 부시의 외형을 따라 순조롭게 이동한다. 이러한 효과는 최대 표면 압력의 위치가 접촉 외형을 따라 퍼지기 때문에, 가이드 베인 샤프트 및/또는 베어링 부시에서 마모의 감소를 제공한다. 그 재질은 구역에서 상당히 응력을 덜 받게 되는데, 그 요소가 가이드 베인 베어링과 그에 따른 전체 VTG 장치의 유효수명(service life)의 증가를 가져온다.
스프링 클램핑 클립은 원주방향으로 샤프트 베어링에 한정된 클램핑 클립의 힘을 적용하기 위해서 두 개의 가이드 베인 샤프트사이에 외부로부터 방사상으로 배치된다. 본 발명에 따라, 클립 말단의 형성으로 인해, 이러한 조립 단계에서 VTG 장치의 제거를 필요로 하지 않는다. 그 결과, 정비가 엄청나게 단순화되고, 예를 들어, 현장에서 즉, 끼워진 터보차저에서 직접 수행될 수 있다. 또한 내부로부터 방사상으로 스프링 클램핑 클립을 밀어 가이드 베인에 안착시킬 수 있다.
상부 단부 영역에서, 도 1의 끼워진 형태로 나타난 스프링 클램핑 클립(1)은 약 120°의 각도까지 부분적으로 샤프트 외형을 따라 끌어당겨진 안착영역(11)을 가지고 있다. 샤프트를 이렇게 부분적으로 둘러싸는 것은 주로 배기 터빈이 동작되는 동안 그리고 특히, 가이드 베인 샤프트가 자체 축을 중심으로 회전할 때 가이드 베인이 조절되는 동안 스프링 클램핑 클립이 떨어지는 것을 방지한다. 바닥 단부 영역에서도, 마찬가지로 스프링 클램핑 클립은 부분적으로 샤프트 외형을 따라 끌어 당겨진 안착영역(12)를 가지고 있다. 두 개의 안착영역(11 및 12)은 해당 샤프트의 외형을 따라 같은 정도로 또는 다른 정도로 끌어당겨질 수 있다.
스프링 클램핑 클립의 바닥 단부는 그것이 미끄러지는 방식으로 바닥 가이드 베인 샤프트의 샤프트 원주에 맞물릴 수 있는 방식으로 형성된다. 이러한 조립 보조(fitting aid)는 스프링 클램핑 클립이 제한되는 동안 이러한 바닥 단부에 의해 샤프트에 가해진 힘과 충돌하는 곡률(13)로 실현된다. 즉, 스프링 클램핑 클립의 단부에 있는 곡률(13)은 바닥 안착영역(12)의 곡률과 다른 방향으로 향하게 된다. 도면에서 보듯이, 짧고, 직선인 단편(14)은 또한 곡률을 따라 형성될 수 있는데, 이 직선의 단편(14)은 끼워지는 동안 샤프트 사이에 스프링 클램핑 클립을 장착하는 것을 훨씬 쉽게 만든다.
조립 시퀀스(fitting sequence)는 도 1에 관하여 설명될 수 있다. 스프링 클램핑 클립은 우선 상부 안착영역이 샤프트를 향한 상태로 상부 샤프트(21)에 수직방향으로 향하게 되고(위치 1'로 도시됨), 이어서 상부 샤프트 중심 주위로 회전이동에 의해 화살표 방향으로 하부 샤프트 방향으로 압착된다(위치 1''). 바닥 단부를 가진 스프링 클램핑 클립은 이어서 그것의 하부 안착영역이 최후 위치(두꺼운 테두리선으로 표시)에 있는 샤프트의 제 위치에 걸릴 때까지 제 2 샤프트(22) 위에서 압착된다.
스프링 클램핑 클립의 탄성 요소는 두 개의 안착영역(11 및 12) 사이에 배열된다. 이것은 전형적인 실시예에서 보여지는 이중 굽힘을 포함한다. 샤프트에 가해 진 스프링 힘에 대한 필요조건에 따라, 스프링 요소의 다른 형태 예컨대, 원의 개별적인 아크(arc) 또는 심지어는 나선형의 스프링이 제공될 수 있다.
두 샤프트사이의 위치로 밀려진, 도시된 스프링 클램핑 클립의 대안으로서, 본 발명에 따라 마모를 감소시키는 베어링 하중(wear-reducing bearing load)은 또한 두 샤프트로 밀려질 수 있고 두 개의 샤프트를 둘러싸는 스프링 클램핑 클립으로 실현될 수 있다. 이 경우에, 안착 표면은 샤프트를 향하여 안쪽으로 굽혀지고, 클램핑 클립은 두 개의 샤프트를 밀어서 분리하는 대신, 원주방향으로 함께 압착한다.
또한, 본 발명에 따라 스프링 클램핑 클립은 또한 하우징 설계 또는 비회전 방식으로 설치된 저널(journal)에 대해 단일 샤프트를 제한하기 위해 사용될 수 있다.
원 안에 배열된 복수의 샤프트를 구비한 배기 터빈의 가이드 장치의 응용에 있어서, 두 개의 인접하게 배열된 샤프트 또는 하나 이상의 샤프트가 사이에 놓여진 그 밖의 두 개의 샤프트는 본 발명에 따라 스프링 클램핑 클립을 통해 서로에 대해 제한될 수 있다. 두 샤프트에 가해진 고정 클립의 힘의 각도는 서로에 대해 제한된 샤프트 사이의 거리를 통하여 변경될 수 있다.
샤프트에 가해지는 고정 클립의 힘에 의해 생성되는 마찰에 의해 발생할 수 있는 스프링 클램핑 클립과 가이드 베인 샤프트 사이의 접촉면의 마모를 방지하기 위해서 스프링 클램핑 클립에는 마모방지 코팅(낮은 마찰계수 및/또는 낮은 마모계수를 가진 코팅)이 적어도 안착영역에 제공될 수 있다. 물론, 스프링 클램핑 클립과 접촉한 영역에서의 샤프트 역시 코팅될 수 있고, 또한, 예를 들어, 스프링 클램핑 클립 또는 샤프트에 미끄러질 수 있는 캡(cap) 형태의 마모없는(wear-free) 중간층이 스프링 클램핑 클립과 샤프트 사이에 배열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 베어링 점에서 마모가 덜 일어나는 방법으로 가이드 베인 샤프트의 베어링 장치를 개선시키는 효과가 있다.
Claims (12)
- 회전할 수 있게 설치된 가이드 베인 샤프트(21,22)에 배열된 복수의 가이드 베인을 포함하는 터보머신의 가이드 장치에 있어서, 두 각각의 상기 가이드 베인 샤프트(21,22)는 스프링 클램핑 클립(1)에 의해 제한되고, 상기 스프링 클램핑 클립(1)은 각각의 가이드 베인 샤프트를 수용하기 위해 각각의 샤프트 안착영역(11,12)을 가지고, 탄력적으로 변형할 수 있는 스프링 클램핑 클립은 상기 제한되는 동안 상기 두 안착영역에서 상기 제한된 가이드 베인 샤프트의 방향으로 반대되는 두 가지의 힘(FB1, FB2)을 생성하는 것을 특징으로 하는, 터보머신의 가이드 장치.
- 회전할 수 있게 설치된 가이드 베인 샤프트(21,22)에 배열된 적어도 하나의 가이드 베인을 포함하는 터보머신의 가이드 장치에 있어서, 상기 가이드 베인 샤프트(21,22)는 스프링 클램핑 클립(1)에 의해 하우징 부분에 대해 제한되고, 상기 스프링 클램핑 클립은 상기 가이드 베인 샤프트(21.22)를 수용하기 위해서 샤프트 안착영역을 가지며, 상기 하우징 부분을 수용하기 위해 하우징 안착영역을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 제한되는 동안, 탄력적으로 변형될 수 있는 스프링 클램핑 클립은 상기 두 개의 안착영역에 한편으로는 상기 제한된 가이드 베인 샤프트의 방향으로 다른 한편으로는 상기 하우징 부분의 방향으로 반대되는 두 가지의 힘을 생 성하는 것을 특징으로 하는, 터보머신의 가이드 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안착영역(11,12)은 반대 방향으로 굽어지도록 설계된 것을 특징으로 하는, 터보머신의 가이드 장치.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 클램핑 클립(1) 및/또는 상기 가이드 베인 샤프트(21,22)에 마모방지 코팅이 제공되고, 및/또는 마모방지 코팅이 스프링 클램핑 클립(1)과 가이드 베인 샤프트(21,22) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 터보머신의 가이드 장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 안착영역은 마모방지 코팅제로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 터보머신의 가이드 장치.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 가이드 장치를 특징으로 하는, 배기 터보차저.
- 서로 평행을 이루면서 어느 정도 거리를 두고 배열된 두 개의 샤프트(21,22)의 상호 제한을 위한 스프링 클램핑 클립(1)에 있어서, 상기 스프링 클램핑 클립(1)은 각각의 샤프트(21,22)를 수용하기 위해 각각의 샤프트 안착영역(11,12)을 가지고, 상기 제한되는 동안 탄력적으로 변형될 수 있는 스프링 클램핑 클립은 상기 두 안착영역에서 제한된 상기 샤프트의 방향으로 반대되는 두 가지 힘(FB1,FB2)를 생성하는 것을 특징으로 하는, 스프링 클램핑 클립(1).
- 제 7항에 있어서, 상기 샤프트 안착영역(11,12)은 반대 방향으로 굽어지도록 설계된 것을 특징으로 하는, 스프링 클램핑 클립.
- 제 7항에 있어서, 상기 두 개의 샤프트 안착영역(12)의 적어도 하나 주위의 영역에서, 상기 스프링 클램핑 클립은 서로에 대해 제한될 두 샤프트 사이에서 상기 스프링 클램핑 클립을 끼우기 위한 수단(13,14)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스프링 클램핑 클립.
- 제 9항에 있어서, 상기 스프링 클램핑 클립을 끼우기 위한 상기 수단은 상기 스프링 클램핑 클립의 상기 제한되는 동안 이 샤프트 안착영역에서 생성된 상기 힘(FB2)과 반대로 향한 곡률부(13)를 포함하는 조립 보조부분(13,14)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스프링 클램핑 클립.
- 제 7항에 있어서, 상기 안착영역이 마모방지 코팅제로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 스프링 클램핑 클립.
- 서로 평행을 이루면서 어느 정도 거리를 두고 설치된 두 샤프트(21,22)를 포함하는 샤프트 베어링 장치로서, 상기 두 샤프트는 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 스프링 클램핑 클립(1)에 의해 서로에 대해 제한되는 것을 특징으로 하는, 샤프트 베어링 장치.
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