KR20090035600A - 비상용 오일 탱크 - Google Patents

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마르쿠스 슈테델리
안드레 비트버
브루노 암만
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Abstract

본 발명의 목적은 오일 공급의 고장으로 인한 엔진의 비상 정지시 터보차저 로터가 언제든지 안전하게 서서히 정지할 수 있도록 비상용 오일 탱크를 베어링 하우징 안에 통합시키는 것이다. 비상용 오일 탱크 (2) 를 래디얼 베어링 (51, 52) 의 바로 위에 배치함으로써, 압축기측 래디얼 베어링 (51) 과 터빈측 래디얼 베어링 (52) 은 베어링의 바로 위에 있는 탱크 안의 각기 하나의 개구부 (21, 22) 를 통해 공급을 받을 수 있고, 그러므로 공급 라인들의 길이가 짧아진다.
오일 탱크, 터보차저

Description

비상용 오일 탱크 {EMERGENCY OIL TANK}
본 발명은 과급식 내연기관용 배기가스 터보차저의 분야에 관한 것이다.
본 발명은 배기가스 터보차저 하우징 안에 통합된 비상용 오일 탱크에 관한 것이다.
배기가스 터보차저는 내연기관, 특히 왕복 피스톤 내연기관의 성능을 향상시키기 위해 이용된다. 이 경우, 배기가스 터보차저는 일반적으로 원심 압축기 및 반경류 또는 축류 터빈을 구비한다.
터보차저의 비상용 오일 탱크는 오일 공급의 고장으로 인한 엔진의 비상 정지시 터보차저 로터가 안전하게 서서히 정지하는데 이용된다. 상기 비상용 오일 탱크는 오일 펌프가 전기식으로 작동되는 2 사이클 엔진에 주로 이용된다.
비상용 오일 탱크는 터보차저 베어링들 위에 배치되며, 따라서 오일 공급의 고장시 탱크 안에 포함된 오일은 중력으로 인해 베어링 안으로 또한 상기 베어링을 통과하여 흐른다.
통상적인 배기가스 터보차저는 비상용 오일 탱크를 구비하며, 상기 비상용 오일 탱크는 예컨대 도 1 에 도시되어 있는 바와 같이 배기가스 터보차저의 위쪽에 외부 유닛으로서 배치되어 있거나 또는 압축기 휠과 터빈측 가스 출구 하우징 사이 의 베어링 하우징에 통합되어 배치되어 있다. 이러한 통합된 해결책은 예컨대 ABB TPL85-B14 배기가스 터보차저에서 이루어진다.
도 2 에 비상용 오일 공급 시스템이 개략적으로 도시되어 있는 Mitsubishi MET 배기가스 터보차저는, 보다 뜨거운 터빈측 베어링에 비상 정지시 보다 오랫동안 오일을 공급할 수 있기 위해 비상용 오일 탱크로부터 압축기측 래디얼 베어링 및 터빈측 래디얼 베어링에의 별도의 공급부를 구비한다.
이와 같이 배치된 비상용 오일 탱크는 래디얼 베어링에 대해 비교적 긴 고가의 공급 라인을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 오일 공급의 고장으로 인한 엔진의 비상 정지시 터보차저 로터가 언제든지 안전하게 서서히 정지할 수 있도록 비상용 오일 탱크를 베어링 하우징 안에 통합시키는 것이다.
비상용 오일 탱크를 래디얼 베어링들의 바로 위에 배치함으로써, 압축기측 래디얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링은 베어링의 바로 위에 있는 탱크 안의 각기 하나의 관통부를 통해 공급을 받을 수 있고, 그러므로 공급 라인들의 길이가 짧아진다.
가스 출구 하우징에 대해 비상용 오일 탱크가 가까이 있음으로써, 비상용 오일 탱크로의 배기가스의 보다 큰 열전달, 그로 인한 탱크 안의 오일의 보다 강한 예열을 초래하며, 이는 일반적으로 단지 대략 45℃ 의 낮은 오일 입구 온도를 기초로 하는 2 사이클 터보차저에 있어서 베어링 손실을 감소시키는데 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 장치를 도면에 개략적으로 도시하여 보다 상세히 설명한다.
도 1 은 선행기술에 따른, 비상용 오일 탱크가 올려 놓인 배기가스 터보차저의 베어링 하우징을 나타내며,
도 2 는 선행기술에 따른, 터빈측 베어링 및 압축기측 베어링에의 별도의 공급부를 갖춘 배기가스 터보차저의 비상용 오일 공급 시스템을 나타내고,
도 3 은 본 발명에 따라 통합된 비상용 오일 탱크의 제 1 실시형태를 가진 베어링 하우징의, 배기가스 터보차저의 축을 따른 단면을 나타내며,
도 4 는 본 발명에 따라 통합된 비상용 오일 탱크의 제 2 실시형태를 가진 베어링 하우징의, 배기가스 터보차저의 축에 대해 수직으로 안내된 단면을 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 베어링 하우징
11 : 압축기측 래디얼 베어링 시트
12 : 터빈측 래디얼 베어링 시트
2 : 비상용 오일 탱크
21 (21') : 비상용 오일 탱크로부터 압축기측 래디얼 베어링 쪽으로의 라인
22 : 비상용 오일 탱크로부터 터빈측 래디얼 베어링 쪽으로의 라인
23 : 압축기측 커버
24 : 터빈측 커버
25 : 오일 공급 라인
3 : 샤프트
4 : 터빈-가스 출구 하우징의 유동 채널
51 : 압축기측 래디얼 베어링
52 : 터빈측 래디얼 베어링
61 : 압축기측 래디얼 베어링을 위한 오일 공급 홈
62 : 터빈측 래디얼 베어링을 위한 오일 공급 홈
모든 도면에서, 동일하게 작용하는 요소는 동일한 도면 부호로 표시된다.
도입부에 언급한 바와 같이, 도 1 및 도 2 는 배기가스 터보차저의 통상적인 비상용 오일 공급 시스템을 나타낸다. 도 1 은 외부에 올려 놓은 비상용 오일 탱크 (2) 를 나타내며, 상기 비상용 오일 탱크는 홀딩 장치 (holding device) 에 의해서 베어링 하우징 (1) 의 위쪽에 고정되어 있다. 배기가스 터보차저의 오일 공급 라인 (25) 으로부터 분기되는 공급 라인 (21) 은 비상용 오일 탱크 안으로 오일을 안내한다. 작동시, 비상용 오일 탱크가 채워지고, 이는 터보차저 샤프트의 베어링에 공급하기 위한 적절한 오일 순환에 영향을 미치지 않는다. 오일 공급이 정지되면, 비상용 오일 탱크 (2) 안에 저장된 오일은 라인 (21) 을 통하여 베어링 안으로 흐른다. 도 2 는 상기 배치와 비교되는 시스템을 나타내며, 상기 시스템은 샤프트 (3) 의 위쪽에 올려 놓은 비상용 오일 탱크 (2) 를 갖는다. 비상용 오일 탱크는 2 개의 별도의 라인 (21, 22) 을 구비하며, 상기 라인들은 각각 압축기측 래디얼 베어링 및 터빈측 래디얼 베어링에 오일을 공급한다. 오일 공급의 고장으로 인해, 공급 라인 (25) 을 통한 오일 탱크의 추후 충전이 중지되면, 상이한 높이에서 오일을 분리 배출함으로써 터빈측 베어링으로의 공급이 보다 길게 지속될 수 있으며, 이러한 중지시 상기 터빈측 베어링은 터빈 영역 안의 높은 배기가스 온도로 인해 일반적으로 압축기측 베어링보다 훨씬 더 뜨거워진다.
도 3 은 배기가스 터보차저의 샤프트 (3) 를 따른 단면을 나타낸다. 베어링 하우징 (1) 안에는 샤프트 (3) 가 회전 가능하게 설치되어 있으며, 상기 샤프트의 일단부는 터빈 휠을 지지하고 있고 타단부는 압축기 휠을 지지하고 있다. 베어링 하우징의 두 단부에는 래디얼 베어링, 즉 압축기측 래디얼 베어링 (51) 및 터빈측 래디얼 베어링 (52) 이 장착되어 있다. 두 래디얼 베어링은 각각 오일 공급 홈 (61 혹은 62) 으로 둘러싸여 있으며, 상기 오일 공급 홈은 배기가스 터보차저의 작동시 래디얼 베어링의 둘레를 따라 오일을 분배한다. 오일은 공급 라인 (도시하지 않음) 을 통하여 본 발명에 따라 베어링 하우징 안에 통합된 비상용 오일 탱크 (2) 안으로 안내된다. 이 비상용 오일 탱크는 축방향으로 두 래디얼 베어링을 넘어 연장된다. 상기 비상용 오일 탱크는 중력을 고려하여 래디얼 베어링 (51, 52) 의 위쪽에 혹은 샤프트 (3) 의 위쪽에 배치되며, 이로 인해, 비상용 오일 탱크 안에 저장된 오일이 필요할 시 외부 펌프 또는 압력의 작용 없이 중력으로 샤프트의 베어링 안으로 유동하는 것이 보장된다.
즉, 중력에 의한 이러한 오일 공급이 보장될 수 있도록, 비상용 오일 탱크의 방출부는 적어도 샤프트의 가장 깊은 점과 동일한 높이에 있어야만 한다. 경우에 따라서, 비상용 오일 탱크는 특정 위치에서 보다 깊게 아래쪽으로 뻗을 수 있고, 따라서 예컨대 오물 입자는 이러한 영역에 가라앉을 수 있다. 그러면 이러한 오목부로부터의 오일은 비상용 오일 탱크가 완전히 비어있을 때 베어링 안에 도달하지 않는다. 비상용 오일 탱크 (2) 에서부터 각각의 래디얼 베어링까지의 라인 (21, 22) 의 길이는 본 발명에 따르면 최소치로 감소된다. 단지 하우징 벽두께만이 오일이 이동한 거리이다. 라인 (21, 22) 은 래디얼 베어링 시트 (11, 12) 안의, 즉 래디얼 베어링 (51, 52) 을 둘러싸는 베어링 하우징의 하우징부들 안의 가늘고, 천공되며, 밀링되거나 또는 스탬핑된 관통부로서 이루어진다. 베어링 하우징의 반경방향 내부 영역에 비상용 오일 탱크를 본 발명에 따라 배치함으로써, 두 래디얼 베어링을 위한 공급라인의 길이를 줄일 수 있다.
선택적으로, 비상용 오일 탱크의 라인 (21, 22) 의 합류부를 상이한 높이 레벨에 배치함으로써, 두 래디얼 베어링 중 하나로의 공급이 선호될 수 있다. 예컨대 라인 (21') 의 영역에서 비상용 오일 탱크의 바닥이 압축기측 래디얼 베어링 (51) 쪽으로 반경방향 바깥쪽으로 놓여지면, 오일은 비상용 오일 탱크의 공회전시 보다 오랫동안 터빈측 래디얼 베어링 안으로 흐른다. 도 4 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 비상용 오일 탱크가 그의 하부 영역에서 샤프트를 따라 측면으로 연장되고, 두 관통부가 상이한 보어 방향을 가지면 (예컨대, 압축기측 라인 (21') 은 수직으로 뻗어 있고 터빈측 라인 (22) 은 수평으로 뻗어 있다) 동일한 효과가 얻어진다. 한쪽 면에 도시되어 있는 비상용 오일 탱크는 샤프트의 양쪽에서 샤프트 를 넘어서까지 아래로 잡아당겨질 수도 있다. 이 경우, 하나의 베어링 또는 두 베어링을 위해 제 2 공급 라인이 다른쪽으로부터 제공될 수 있다. 베어링들 중 하나를 위해서만 제 2 공급 라인이 제공되어 있으면, 이 베어링에 보다 오랫동안 오일을 공급하는 것을 다시 보장해준다.
정상 작동시 오일 공급은 마찬가지로 비상용 오일 탱크 (2) 및 라인 (21, 22) 을 통해 행해지며, 따라서 비상용 오일 탱크는 지속적으로 세정된다. 대안적으로 별도의 오일 공급 라인들이 제공될 수 있으며, 상기 오일 공급 라인들은 오일을 비상용 오일 탱크의 옆을 지나 직접 두 오일 공급 홈 안으로 안내한다.
배기가스 터빈의 가스 출구 하우징에 대해 비상용 오일 탱크가 근접하게 배치됨으로써, 비상용 오일 탱크 안의 오일로의 고온 배기가스의 보다 큰 열전달이 생기게 한다. 비상용 오일 탱크 안의 오일의 이러한 예열은, 예컨대 단지 대략 45℃ 의 낮은 오일 입구 온도를 가진 2 사이클 터보 차저에 있어서 베어링 손실을 감소시키는데 바람직할 수 있다.
도시되어 있는 실시형태에서, 비상용 오일 탱크 (2) 는 가스 출구 하우징의 추가적인 벽에 의해 배기가스 터빈의 고온 배기가스를 가진 유동 채널 (4) 로부터 분리되어 있다. 비상용 오일 탱크 안의 오일의 보다 강한 가열을 원하면, 선택적으로 유동 채널에 대한 분리는 하나의 벽으로 형성될 수 있다. 이때, 적어도 비상용 오일 탱크의 영역에서 가스 출구 하우징의 추가적인 벽은 생략된다.
선택적으로, 두 하우징 벽들 사이에는 열적 절연을 위한 절연층이 제공될 수 있다. 이로 인해, 비상용 오일 탱크 안의 오일 가열이 감소될 수 있다. 절 연부는 탱크측 또는 터빈측 커버 (24) 에 배치될 수도 있다.
베어링 하우징의 주조성 (castability) 을 가능하게 하기 위해, 통합된 비상용 오일 탱크 (2) 는 특별한 구조적 조치들을 필요로 한다. 도 3 에 암시되어 있는 바와 같이, 코어를 고정시키기 위해 압축기측 커버 (23) 및/또는 터빈측 커버 (24) 가 배치된다. 선택적으로, 커버로 밀봉되어야 하는 위치들은, 상기 위치들이 공기 또는 배기가스 유동에 대해 직접적으로 연결되지 않게 배치된다.
압축기측 커버 (23) 안의 선택적인 보어를 이용하여, 압축기 휠과 베어링 하우징의 사이에 뻗어 있는 중간벽은 압축기 휠 외경의 영역에서 비상용 오일 탱크 밖으로의 분무 오일로 냉각될 수 있다.

Claims (13)

  1. 샤프트 (3), 샤프트 (3) 를 설치하기 위한 래디얼 베어링 (51, 52) 을 가진 베어링 하우징 (1), 및 베어링 하우징 (1) 안에 통합되어 있는 비상용 오일 탱크 (2) 를 포함하는 배기가스 터보차저에 있어서,
    비상용 오일 탱크 (2) 는 래디얼 베어링 (51, 52) 의 위쪽 및 래디얼 베어링 (51, 52) 에 대해 반경방향으로 좁은 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  2. 제 1 항에 있어서, 배기가스 터보차저는 여러 개의 래디얼 베어링 (51, 52) 을 포함하며, 비상용 오일 탱크 (2) 는 축방향으로 모든 래디얼 베어링 (51, 52) 에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 래디얼 베어링 (51, 52) 은 직접적으로 짧은 라인 (21, 22) 에 의해 비상용 오일 탱크 (2) 와 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  4. 제 3 항에 있어서, 래디얼 베어링 (51, 52) 은 하우징벽에 의해서만 비상용 오일 탱크 (2) 로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  5. 제 3 항에 있어서, 베어링 하우징 (1) 은, 비상용 오일 탱크 (2) 와 래디얼 베어링 (51, 52) 사이의 라인들 (21, 22) 이 각각의 래디얼 베어링 시트 (11, 12) 안의 각각 적어도 하나의 관통부에 의해 형성되게 설계되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  6. 제 5 항에 있어서, 비상용 오일 탱크 (2) 안의 라인들 (21', 22) 의 합류부들은 상이한 높이 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 비상용 오일 탱크 (2) 는 배기가스를 안내하는 유동 채널 (4) 과 넓게 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  8. 제 7 항에 있어서, 배기가스를 안내하는 유동 채널 (4) 쪽으로 하우징은 이중벽으로 설계되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  9. 제 8 항에 있어서, 두 벽 부분들 사이에는 열적 절연부가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 비상용 오일 탱크를 한정하는 하우징 부품들에는 적어도 부분적으로 열적 절연부가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 비상용 오일 탱크 (2) 는 적어도 하나의 커버 (23, 24) 를 구비하며, 이 커버는 베어링 하우징 (1) 의 분무 오일 영역에 놓여 있고, 공기 혹은 배기가스 유동에 대한 직접적인 접촉을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  12. 제 11 항에 있어서, 커버들 (24) 중 적어도 하나에는 열적 절연부가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  13. 제 11 항에 있어서, 비상용 오일 탱크의 압축기를 향한 쪽에는 적어도 하나의 커버 (23) 가 제공되며, 보어 (bore) 들은, 비상용 오일 탱크와 압축기 휠의 사이에 배치된 중간벽을 분무 오일로 냉각시키기 위해 상기 적어도 하나의 커버 안에 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
KR1020097003587A 2006-08-24 2007-08-24 비상용 오일 탱크 KR101100053B1 (ko)

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