KR20080036086A - 압축기, 압축기 휠, 세척 부속물 및 배기 터보 과급기 - Google Patents

Abstract

임펠러 (1) 의 회전블레이드 (11) 와 허브 (10) 는 임펠러 회전 축선 (A) 을 따라 임펠러로 보내지는 세척 유체 분류 (72) 를 이용하여 세척된다. 이 경우 세척 유체 분류는 상기 축선을 따라 축에 배열되고 축선을 따라 임펠러 방향으로 배향된 이송 노즐 (51) 에 의해 임펠러쪽으로 보내지거나 분사된다. 이때 공급물 분류 (72) 는 축선을 따라서, 임펠러의 회전 중심에 있는 임펠러의 허브를 부딪친다.

이로써, 세척 유체는 임펠러의 회전 중심에 있는 임펠러를 때리는 효과를 달성하게 된다. 그러므로, 세척 유체는 허브 표면을 따라 유동하고, 원심력에 의하여 반경 방향 외부영역으로 반경 방향으로 보내진다.

Description

압축기, 압축기 휠, 세척 부속물 및 배기 터보 과급기{COMPRESSOR COMPRESSOR WHEEL CLEANING ATTACHMENT AND EXHAUST TURBOCHARGER}

본 발명은 압축기 특히, 내연기관용 배기가스 터보 과급기 압축기의 세척에 관한 것이다. 이는 청구항 1 의 전문에 따라 세척 장치를 갖춘 압축기와 또한 세척 부속물에 관한 것이다.

내연기관용 배기 가스 터보 과급기의 압축기에서 오염된 공기가 들어오면 특히 회전블레이드와 빠르게 회전하는 임펠러의 허브 상에 오염물이 발생될 수 있다. 이 오염물은 표면을 거칠게 하고, 이 표면은 단기간에 압축기의 출력을 상당히 손상시킨다.

도입부에 언급한 상기 효과를 피하기 위하여, 압축기가 정기적으로 세척된다. 완전한 부하 또는 부분 부하 하에서 압축기의 설계에 따라 세척된다. 임펠러는 최대 회전 속도 또는 감소된 회전 속도에 상응하여 회전되고, 세척 유체가 이 임펠러의 상류 유동에 공급된다.

도 1 은 가장 빈번히 사용되는 두 개의 세척 장치를 나타낸다. 유동 통로안으로 세척 유체를 유입하기 위하여, 단순한 호스 또는 얇은 파이프가 압축기 케이싱의 반경방향 외부로부터 유동 영역안으로 안내되거나 유동 통로의 반경방향 내부 영역에 있는 케이싱 중심 편 영역에 위치된다. 필요한 양의 세척 유체가 적절한 시점에서 임펠러를 세척시키기 위해 상기 호스나 파이프를 통해 주입될 수 있다. 상기 세척 유체는 유동에 의해 휩쓸어져서 회전하는 임펠러의 회전블레이드 영역으로 이동된다. 상기 임펠러의 높은 회전 속도 때문에, 세척 유체는 원심력을 받아 주로 회전블레이드 표면의 반경 방향 외부 영역으로 가게 된다. 게다가, 운동학적 이유 (압축기 회전블레이드의 속도와 물 분류의 속도의 비) 때문에, 물 분류는 회전블레이드 사이로 충분히 깊게 들어갈 수 없다.

특히, 반경 방향 외측에 세척 유체 이송 라인이 있는 경우, 회전블레이드의 반경방향 내부 영역과 이 회전블레이드 사이의 허브 표면에 세척 유체가 도달할 수 없어 세척 효과는 불만족스럽다.

빠르게 회전하는 임펠러의 경우에, 이렇게 도달될 수 없는 상기 영역이 효과적으로 세척되기 위해서는, 내연기관은 임펠러의 회전 속도를 낮추고 압축기 회전블레이드의 속도를 줄이기 위하여 스로틀 되어야 한다.

따라서, 종래 세척 장치로 세척할 때는 항상 만족스런 결과에 이르는 것은 아니다.

DE 299 09 629 U1 은 압축기에 있는 침전물을 방지하기 위한 용액을 도입하는 장치를 갖춘 압축기를 개시한다. 이 경우, 상기 용액은 압축기에 있는 또는 압축기의 바로 상류에 있는 노즐을 통해 분무되어진다. 내연기관의 윤활유 회로에서 추출된 엔진 오일이 용액으로 제공된다.

본 발명의 목적은, 따라서 임펠러가 빠르게 회전할 때도 압축기에서 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 개량된 세척 장치를 갖춘 압축기를 구현하는데 있다.

상기 목적은 청구항 1 의 특징을 갖춘 압축기와 청구항 11 의 특징을 갖춘 임펠러와 청구항 13 의 특징을 갖춘 임펠러용 세척 부속물에 의하여 달성된다.

본 발명에 따르면, 임펠러의 회전블레이드와 허브는 임펠러의 회전축선을 따라 임펠러로 향하는 세척 유체 분류 (jet) 에 의하여 세척된다. 이러한 경우, 세척 유체는 상기 축선에 배열되고 이 축선을 따라 임펠러 방향으로 배향된 이송 노즐에서 임펠러를 향하여 분사된다. 이 경우 공급물 분류는 상기 축선을 따라, 결국 임펠러의 회전 중심에 있는 임펠러의 허브에 부딪힌다.

이리하여, 세척 유체는 임펠러의 반경 방향으로 가장 안쪽 지점 (회전 중심) 에서 임펠러에 부딪히게 된다. 그리고 나서, 세척 유체가 강한 유동에 의하여 모여, 반경 방향 외측으로 이송되더라도, 이 세척 유체는 허브 표면을 따라 적어도 부분적으로 흘러 이 과정에서 그 표면은 원하는 대로 세척된다.

허브 팁 영역에서 세척 유체를 더 우수하게 분포시키기 위해, 종속항에 다양한 조치들이 제안되어 있다.

상기 임펠러의 회전 중심에 있는 분류 분할부에 의하여 공급물 분류는 균일하게 분할되어 반경 방향으로 방향 전환될 수 있다. 이러한 분류 분할부는 팁을 가지고 있고 유익하게 반경방향 외측으로 굽어져 있는 경사진 플랭크를 가진다. 결과적으로, 상기 공급물 분류는 부드럽게 방향 전환될 수 있으며 이로써, 허브 표면으로부터 역 분사되지 않는다.

부가적으로 상기 공급물 분류는 임펠러의 회전 중심에 있는 중심 보어에 의해 모일 수 있다. 특히, 상기 분류 분할부와의 조합으로, 세척 유체를 위한 최적의 중간 저장이 이렇게 해서 이루어지게 된다. 상기 중심 보어에서, 세척 유체는 반경방향 외부로 이송되어 원주방향으로 가속된다. 상기 중심 보어가 반경방향으로 연장되어 있어 임펠러와 함께 회전하는 세척 유체의 링이 형성된다. 따라서, 세척 유체는 이 중심 보어의 원주를 따라 균일하게 분포되고, 이로써 중심보어에서 나가는 세척 유체는 또한 상기 원주를 따라 임펠러를 균일하게 세척할 수 있다.

상기 임펠러의 회전블레이드 또는 회전블레이드 사이에 있는 허브영역으로 가는 세척 유체의 특정 방향을 정하기 위해서, 반경 방향 외측으로 배향된 세척 노즐이 상기 임펠러의 허브에 형성될 수 있다. 이 세척 노즐은 특히 유익하게 중심 보어의 반경방향 외측 영역에 배열되고, 따라서 원심 가속의 결과, 세척 유체는 세척 노즐을 통해 중심 보어에서 나가 세척되어야 하는 임펠러의 영역으로 향해진다.

필요에 따라, 발생된 분류가 다발 또는 발산 방식으로 노즐에서 나갈 수 있도록 이 세척 노즐 방향이 정해진다. 발산형 분류는 넓은 영역에 세척 유체를 분배하는 것을 목적으로 할 때 유익하며, 다발형 분류는 전형적으로 지속적으로 오염되는 표면 지점을 향하게 된다.

상기 분류 분할부와 중심 보어와 세척 노즐은 개별적으로 통합되거나 임펠러의 허브팁에 끼워져 그에 체결되는 세척 부속물에 어떠한 조합으로 통합될 수 있다. 결과적으로, 생각해 낼 수 있는 가장 간단한 방법으로, 기존의 임펠러를 본 발명에 따른 세척 장치로 개장할 수 있다.

다른 유익한 이점은 종속항에서 발생한다.

계속해서 도면을 참조하여, 세척 장치를 갖춘 본 발명에 따른 압축기를 더 자세히 설명한다.

도 1 은 종래기술에 따른 세척 장치를 갖춘 압축기의 축선방향 단면도이다.

도 2 는 제 1 실시 형태의 세척 장치를 갖춘 본 발명에 따른 압축기의 축방향 단면도이다.

도 3 은 제 2 실시 형태의 세척 장치를 갖춘 본 발명에 따른 압축기의 축방향 단면도이다.

도 4 는 다수의 세척 노즐이 있는 세척 부속물을 갖춘 제 3 실시 형태의 세척 장치를 갖춘 본 발명에 따른 압축기의 축방향 단면도이다.

도 5 는 도 4 에 따른 세척 부속물의 단면도이다.

도 6 과 도 7 은 각각 도 5 를 따르는 세척 부속물에 있는 상이하게 형성된 두 개의 세척 노즐의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

A 축선

1 임펠러

10 허브

11 회전블레이드

12 세척 노즐

13 분류 분할부

15 중심 개구

2 축

3 압축기 케이싱

31 케이싱 중심 편

4 유동 통로

5 세척 유체용 이송 라인

5' 외부 이송 라인

5'' 내부 이송 라인

5''' 동축 이송 라인

51 이송 노즐

6 세척 부속물

62 세척 노즐

63 분류 분할부

64 세척 유체용 안내 베인

65 중심 개구

71 공급물 분류

72 세척 노즐 분류

73 세척 유체 링

도입부에서 이미 언급한 바와 같이, 도 1 은 종래 세척 장치를 갖춘 압축기 장치를 나타낸다. 유동 통로 (4) 안으로 세척 유제를 유입시키기 위해서, 단순한 호스 또는 얇은 파이프 형태로 된 이송 라인 (5') 이 압축기 케이싱 (3) 의 반경 반향 외부에서 유동 영역안으로 안내되어 있거나, 어떤 압축기 제조업체에서 사용되는 것과 같은 대안적인 실시 형태에서는, 이송 라인 (5'') 이 유동 통로의 반경 방향 내부 영역에 있는 케이싱 중심 편 (31) 영역에 있다. 필요한 양의 세척 유체는 적절한 시점에서 임펠러 (1) 를 세척시키기 위해 상기 이송 라인을 통하여 유동 통로안으로 주입될 수 있다. 작동 시, 세척 유체는 상기 유동에 의해 모여서, 회전하는 임펠러의 회전블레이드 영역으로 이송된다.

종래 기술에 따르는 실시 형태와는 다르게, 본 발명에 의한 압축기 세척의 경우에는 세척 유체의 이송 라인 (5''') 을 중심에 배치한다. 도 2 에서 나타낸 바와 같이, 미립화 각이 없이 축선에 평행하게 뻗는 단일 다발 분류 (jet) 로서 세척 분류가 이송 노즐 (51) 을 통해 임펠러 영역안으로 주입되며, 이 이송 노즐 은 임펠러 (1) 의 축선 (A) 방향으로 또한 이 방향과 동축으로 배치된다. 예를 들어, 상기 이송 노즐은 케이싱 중심편 (31) 에 배치되지만, 이는 압축기 케이싱의 반경 방향 외부에서 압축기의 흡입영역을 통과하는 통로를 이용하여 중심에 고정될 수도 있다.

유체적 관점에서 보면, 레이디얼 압축기의 경우, 공급물 분류 (71) 는 축 선을 따라 배향된 유동 라인에 놓여진다. 결과적으로, 압축기의 완전 부하 작동시에도 또한 이에 상응하여 더 강한 유동이 일어나더라도 세척 유체는 임펠러 상으로 더 정확하게 보내지도록 주입될 수 있다. 세척 유체의 공급물 분류 (71) 가 임펠러의 중심에서 발생한다 하더라도, 이 세척 유체는 큰 원심력으로 인해 허브 표면과 회전블레이드 루트를 따라 임펠러의 외부 영역, 특히 회전블레이드 (11) 의 외부 영역으로 이송되어 임펠러가 완전히 젖게 된다.

상기 공급물 분류는 임펠러 (1) 에 있는 허브 (10) 의 노즈에 부딪히고 이 노즈에서 축 방향에서 반경 방향으로 방향이 바뀐다. 이러한 방향전환을 돕고, 또한 세척 유체를 균일하게 분포시키기 위해, 도 2 에 의한 본 발명에 따른 압축기 세척의 제 1 실시 형태에서는, 임펠러에 있는 허브의 노즈는 유동 분할부 (13) 로 형성되어 있다. 이 유동 분할부는 기본적으로 반경 방향 바깥으로 경사진 플랭크를 갖고 축 방향으로 배향된 지점이다. 이 경우, 플랭크는 연속적으로 형성될 수 있거나 또는, 개별 삼각형 부분으로 분할될 수 있다.

반경 방향으로 전환된 세척 유체를 특히 세척될 표면의 개별 영역으로 보내기 위해, 구멍 또는 슬롯형 오목부 형태의 세척 노즐 (12) 이 허브 중심의 반경 방향 외부에서 허브의 표면에 형성될 수 있다. 당연히 이 세척 노즐이 세척될 지점에 대하여 움직이지 않으므로, 일정한 세척 노즐 분류 (72) 는 세척 노즐을 통해 임펠러의 동일한 지점으로 보내질 수 있다.

회전블레이드마다 세정 노즐이 유익하게 배치되는데 이는 도 5 에 따른 단면 도에 개략적으로 도시되어 있다.

세척 노즐은 원주를 따라 상이하게 배향되어 배열될 수도 있으며, 이로써 예컨대, 제 1 노즐의 1 열이 회전블레이드 상으로 배향되고, 이때 제 1 열의 노즐 사이에 배치된 제 2 노즐은 세척될 허브 표면 영역으로 배향된다.

허브에 있는 노즐의 표면에 형성되는 세척 유체막이 이 노즐 안으로 들어가므로 세척 유체의 반경 방향 유동을 막는 돌출물이 노즐의 반경 방향 바깥에 부착될 수 없다. 대안으로, 둘러싸는 환상 돌출물이 제공될 수 있고, 이는 전면에 세척 유체를 축적한다.

공급물 분류 (71) 의 반경 방향 전환시 세척 유체를 더 잘 모으기 위해, 도 3 에 따른 본 발명에 따른 압축기 세척의 제 2 실시 형태에 의하면 중심 개구 (15) 가 허브 (10) 의 노즈에 형성된다. 상기 방향전환 이후, 중심 개구 (15) 내부에서 공급물 분류 (72) 가 유지되며, 따라서 세척 유체의 에워싸는 링 (73) 이 중심 개구의 반경 방향 외측 벽에 형성된다. 이러한 방법으로, 고압에서 임펠러의 허브로 분사되는 세척 유체의 손실은 거의 없고, 반경 방향으로 향할 수 있는 스프레이는 중심 개구의 반경 방향 외측 벽에 의하여 저지될 수 있다. 상기 중심 개구의 반경 방향 외측 벽에 세척 유체를 축적하기 때문에, 세척 유체의 압력이 증가된다. 상기 세척 유체는 중심 개구로부터의 오버플로우를 이용하거나 또는 중심 개구의 반경 방향 외측 영역에 형성된 세척 노즐 (12) 을 통해 나간다.

도 4 에 의한 본 발명에 따른 압축기 세척의 제 3 실시 형태에서는, 중심 개구 (65) 와 유동 분할부 (63) 와 세척 노즐 (62) 은 별개의 구성요소인 세척 부속 물 (6) 에 통합되어 있다. 이 세척 부속물은 허브에 끼워져 나사나 다른 체결 수단에 의하여 그 허브에 연결될 수 있다. 이러한 방법으로, 세척 장치가 없는 압축기 또는 종래 세척장치를 갖춘 압축기가 개장될 수 있다.

상기 공급물 분류가 허브 또는 세척 부속물의 표면에 부딪히고, 또한 반경 방향으로 방향이 전환될 때 세척 유체는 원주방향으로 가속된다. 이러한 가속을 돕기 위해, 세척 부속물을 통과하는 도 5 의 단면도에서 나타내는 바와 같이, 안내베인 (64) 이 제공될 수 있으며, 이 안내 베인은 프로펠러 방식으로 방향 전환된 공급물 분류를 가속시킨다.

세척 부속물 (6) 을 통과하는 단면에서 세척 노즐 (62) 도 보여지는데, 나타낸 실시 형태에서 이 노즐은 정확하게 반경 방향 외측으로 세척 부속물의 벽에 형성되어 있지 않으나, 임펠러의 회전 방향에 상응하여 반경 방향에 대해 비스듬하게 형성되어 있다.

이에 따라, 상기 세척 노즐은 세척될 임펠러 영역에 배향될 수 있다. 모든 회전블레이드 (11) 또는 허브 표면의 특히 많이 오염되는 한정된 영역이 세척되는 지에 따라, 다르게 배향되고 다르게 형성된 노즐이 바람직할 수 있다. 세척 노즐 분류 (72) 는 궁극적으로 세척 노즐의 구멍의 전개에 의하여 영향받을 수 있다. 마지막 두 도면에서 도시된 바와 같이, 분류는 다발 (도 6) 또는 발산 (도 7) 방식으로 노즐을 나갈 수 있다.

세척 노즐을 통과하여 나가는 세척 유체의 양은 공급물 분류를 이용하여 이송 노즐을 통과하여 임펠러로 이송되는 세척 유체의 양에 유익하게 추가된다. 이 경우 이렇게 추가된 양은 스프레이를 통해 가능한 손실을 보상하기 위하여 약간 더 많은 양이어야 한다. 이러한 손실을 막고 압축되어야 하는 매체의 유동에 의한 공급물 분류의 영향을 줄이기 위하여, 이송 노즐 (51) 은 임펠러의 치수에 따라 임펠러 허브의 노즈까지 몇 mm 의 단거리에서 몇 cm 까지 도달할 수 있다. 대안으로, 도 4 에 개략적으로 도시된 이송 노즐은 진퇴 가능하도록 형성되어 질 수 있다. 결과적으로 상기 이송 노즐은 세척을 위해 유동 영역안으로 전진될 수 있으며, 반면에 노즐이 후퇴하면 유동 손상이 일어나지 않는다.

예를 들어 세척 유체로서 물이 특별한 처리, 세척, 또는 온도 조절이 있거나 없이, 세척 첨가제가 있거나 없이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 압축기 세척은 특히 내연 기관용 배기 가스 터보 과급기의 레이디얼 압축기를 세척시키는데 적합하다.

Claims (14)

1. 축선 (A) 을 중심으로 회전 가능한 임펠러 (1) , 및 세척 유체용 이송 라인 (5''') 을 갖는 임펠러 세척용 세척 장치를 포함하는 압축기에 있어서,

   세척 유체용 이송 라인 (5''') 은 축선 (A) 에 배치된 이송 노즐 (51) 을 포함하고, 이 이송 노즐은 세척 유체가 이송 노즐을 통해 다발 공급물 분류 (71) 로서 축선을 따라 임펠러를 향해 보내질 수 있도록 축선 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 공급물 분류 (71) 를 분할하는 수단 (13,63) 이 제공되고, 이 수단에 의해 공급물 분류가 반경 방향으로 방향 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 임펠러는 공급물 분류 (71) 를 받고 세척 유체를 전달하기 위한 중심 개구 (15) 를 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러에 세척 부속물 (6) 이 체결되고, 이 세척 부속물은 공급물 분류 (71) 를 받고 세척 유체를 전달하기 위한 중심 개구 (65) 를 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 중심 개구 (15,65) 의 반경방향 외측 영역이 세척 노즐 (12,62) 에 연결되어 있고, 이 세척 노즐을 통해 공급물 분류 (71) 로 임펠러를 향해 보내진 세척 유체는 임펠러의 세척될 영역으로 보내질 수 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러는 세척 노즐 (12,62) 을 포함하고, 이 세척 노즐을 통해 공급물 분류 (71) 로 임펠러를 향해 보내진 세척 유체는 임펠러의 세척될 영역으로 보내질 수 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 세척 노즐 (12,62) 은 세척 유체가 다발 분류 (72) 로서 노즐을 나갈 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 세척 노즐 (12,62) 은 세척 유체가 발산형 분류 (72) 로서 노즐을 나갈 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러는 안내 베인 (64) 을 포함하며, 이 안내 베인에 의해 공급물 분류 (71) 로 임펠러를 향해 보내 진 세척 유체는 원주 방향으로 가속될 수 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 노즐 (51) 은 임펠러에 대해 축선방향으로 이동할 수 있게 형성되어, 공급물 분류를 임펠러에 보내기 위해, 공급물 분류에 의해 연결되어야 하는 이송 노즐과 임펠러 사이의 거리가 줄어들 수 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
11. 허브와 이 허브에 배열된 회전블레이드를 포함하는 임펠러로서,

    축선을 따라 다발 공급물 분류로서 안내되는 세척 유체를 받아서 임펠러에 전달하는 수단이 허브에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 임펠러.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 허브에 중심 개구 (15) 가 형성되어 있고, 이 중심 개구안으로 세척 유체가 보내질 수 있고, 상기 중심 개구의 반경방향 외측 영역이 세척 노즐 (12) 에 연결되어 있고, 이 세척 노즐을 통해 중심 개구로 보내진 세척 유체는 세척될 허브 및/또는 회전블레이드 영역으로 보내질 수 있는 것을 특징으로 하는 임펠러.
13. 원통형 임펠러 세척 부속물로서, 중심 개구 (65) 를 포함하며, 다발 공급물 분류로 축선을 따라 임펠러 세척 부속물로 안내되는 세척 유체가 상기 중심 개구안으로 안내되고, 상기 중심 개구의 반경방향 외측 영역이 반경방향 외부로 배향된 세척 노즐 (62) 에 연결되며, 이 세척 노즐을 통해 중심 개구 안으로 보내진 세척 유체는 세척 부속물로부터 반경 방향으로 보내질 수 있는 것을 특징으로 하는 원통형 임펠러 세척 부속물.
14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 압축기를 특징으로 하는 배기 가스 터보 과급기.

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