KR20110113569A - 샤프트 밀봉재 - Google Patents

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에이비비 터보 시스템즈 아게
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Abstract

터보 기계장치의 임펠러 샤프트(20)의 샤프트 밀봉재는 베어링 하우징(30,31)과 샤프트(20,21) 사이에 임펠러측의 밀봉부(41,42) 및 베어링측의 밀봉부(43)을 포함하되, 상기 임펠러측의 밀봉부와 베어링측의 밀봉부 사이에는 오일 배출 챔버(53)가 제공되고, 상기 오일 배출 챔버(53)는 베어링 하우징(30,31)과 샤프트(20,22) 사이의 제 3 밀봉부(44)에 의해 한정되며, 제 3 밀봉부(44)와 임펠러측의 밀봉부 사이에는 가스 배출 챔버(55)가 배치되고, 상기 구조는 오일 배출홈(52,63)의 영역 내 적어도 하나 이상의 오일 분무공(61)을 통해 적극적으로 냉각됨으로써 상기 샤프트 밀봉재가 코크스화되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 제 3 밀봉부(44)는 상기 오일 배출 챔버로부터 온 오일을 상기 가스 배출 챔버로부터 온 가스와 분리시킨다.

Description

샤프트 밀봉재{SHAFT SEAL}
본 발명은 터보 기계장치 분야에 관한 것으로, 특히 내연기관의 배기가스에 의해 가동되는 배기가스 터보 과급기(Turbocharger)에 관한 것이다.
본 발명은 이러한 터보 기계장치의 샤프트 밀봉재에 관한 것이다.
현재, 내연기관의 성능을 향상시키기 위해 내연기관의 배기관에 터빈을 구비하고 내연기관 전단에 설치되고 공통 샤프트를 통해 터빈과 연결되는 압축기를 구비한 배기가스 터보 과급기가 표준적으로 사용되고 있다. 배기가스 터보 과급기를 이용한 연소엔진의 충전에 의해 충전량이 증가하고, 이에 따라 실린더 내 연료 혼합물이 증가하게 되고, 이로부터 현저한 엔진의 성능 개선이 이뤄진다. 경우에 따라 내연기관의 배기가스가 지닌 에너지는 동력 터빈에 의해 전기에너지 또는 기계에너지로 변환된다. 이때 배기가스 터보 과급기와 같은 압축기 대신에 발전기 또는 기계적 장치가 터빈 샤프트에 연결된다.
배기가스 터보 과급기는 표준적으로 샤프트, 압축기 휠과 터빈 휠로 이루어진 회전자와, 상기 샤프트의 저장부와, 흐름을 안내하는 하우징부(각각, 압축기 하우징과 터빈 하우징)와, 베어링 하우징으로 구성되어 있다.
터빈측의 유동영역과 압축기측의 유동영역의 높은 공정압 때문에 배기가스 터보 과급기의 샤프트는 베어링 하우징의 중공 형상에 일치하는 밀봉구조에 의해 밀봉된다. 베어링 하우징의 중공의 내부 압력은 통상적으로 대기압이다. 압축기측과 터빈측의 유동로 내 가스 압력은 배기가스 터보 과급기의 실제 작동점(operating point)에 따라 달라지고 베어링 하우징의 중공 내 압력에 비해 대부분 작동점에 있다. 일부의 경우, 예를 들면 감압에 의한 저속 동작 또는 정지 동작이 고려되기도 한다.
DE 20 25 125에는 레이디얼(radial) 베어링으로부터 터빈측에 위치한 단순한 오일 수용 챔버 및 샤프트와 베어링 하우징 사이의 밀봉효과를 가진 피스톤링으로 구성된 배기가스 터보 과급기의 터빈측에 위치한 샤프트 밀봉재가 공지되어 있다. 상기 레이디얼 베어링으로부터 축상으로 배출되는 베어링 오일은 바깥쪽으로 변위 배치되고 회전하는 샤프트 숄더부 상에 분무되고, 원심력에 의해 오일 수용 챔버로 배출된다. 이렇게 배출된 베어링 오일은 오일 수용 챔버의 내부에서 중력에 따라 아래쪽으로 흐르다가 다시 베어링 윤활부의 오일 순환부로 되돌아온다.
베어링 하우징의 중공 내에서 터빈의 휠 후방 공간을 통해 유동로로부터의 가스 누출을 감소시키기 위해 금속, 예를 들면 회주철(gray cast iron) 재질의 피스톤링이 표준적으로 사용되고 있다. 응력 상태에 있는 피스톤링은 베어링 하우징 내에 있는 축 고정 숄더부에 의해 방사상 홈 내에 고정된다. 피스톤링에 대한 대응 부재로서 그 내부에 피스톤링을 축상으로 수납하고 방사상으로 덮인 방사상 홈을 구비한 회전 샤프트가 제공된다. 배기가스 압력과 베어링 하우징의 내부 압력의 차이에 의해, 피스톤링은 홈 내부에 형성되는 압력 구배의 방향으로 고정부 상에서 축상으로 이동된다. 피스톤링의 축상 커버에 의해 홈 내면이 마모될 수 있고 베어링 하우징 플레넘(plenum)은 배기가스 흐름을 밀봉시킨다. CH 661 964 A5, US 3 180 568, US 4 196 910 또는 EP 1 860 299에 공개된 바와 같이 밀봉효과를 개선하기 위해 2개 이상의 피스톤링을 사용할 수 있다. 상기 특허문헌에는 2개의 피스톤링 사이의 공간의 공기 밀폐 내지 배출을 추가적으로 이용하여 고온의 배기가스에 대한 밀봉 효과를 높일 수 있고, 이를 통해 배기가스가 베어링 하우징으로 배출되는 것을 완전히 차단할 수 있다.
DE 37 37 932 A1에는 베어링부와 2개의 피스톤링 사이의 레이디얼 베어링으로부터 오일 배출이 일어나는 배기가스 터보 과급기의 터빈측 샤프트 밀봉재가 공지되어 있다. 이때 오일 밀봉을 개선시키기 위해 단순한 축상 샤프트 숄더부 대신에 원심판을 추가로 사용한다.
이에 따라 피스톤링 홈의 영역에서 베어링 오일의 양이 상당히 감소하는 바람직하지 않은 문제가 발생할 수 있다. 유사하게, US 4 268 229 및 DE 30 21 349에 따른 샤프트 밀봉재에서 레이디얼 베어링과 그에 인접한 피스톤링 사이에 챔버로 구성되는 오일 배출부가 기재되어 있다. 또한, 2개의 피스톤링 사이의 중공을 베어링 하우징의 중공과 연결로를 통해 연결하고, 대기압에 이르기까지 배기한다. 이렇게 연결된 피스톤링에서 압력차가 방지되므로 피스톤링을 오일 밀봉할 수 있지만 고온의 가스를 배기하는 기능은 할 수 없다. 따라서 우측의 피스톤링만이 가압 상태의 유동로와 베어링 하우징의 중공 사이를 밀봉할 수 있다. 이러한 구조 변형예에 의하면 매개 오일(레이디얼 베어링으로부터) 및 배기가스(유동로로부터)에 대한 2개의 분리된 배출부가 생기는데, 이 배출부는 피스톤링에 의해 분리될 수 있다. 레이디얼 베어링으로부터 누출된 윤활유는 가스 밀봉부의 피스톤링 영역 내 축상 상태에서 분무되고, 심한 경우 피스톤링 홈 전체로부터 넘치게 된다. 통상적으로 밀봉재 또는 터빈의 유동로 내 가스 압력은 터보 과급기의 베어링 하우징의 내부 압력보다 높다. 그 결과, 양압차(유동로 내 압력은 베어링 하우징의 중공 내 내부압력보다 높음)가 나타나므로 가스 배출을 조절하여 피스톤링 밀봉부를 부풀게 하고 의도하지 않게 피스톤링 영역으로 유입되는 베어링 오일을 재차 베어링 하우징의 오일 수용 챔버로 보낸다.
이와 상반되는 시도로서 DE 10 2004 055 429 B3은 안내되는 윤활제에 대해 배기가스 터보 과급기의 베어링 하우징을 축방향으로 밀봉하는 회전자 샤프트의 윤활시킨 저장부용 밀봉재를 기재하고 있다. 상기 회전자 샤프트 위에는 갭, 미로 또는 피스톤링 형태의 제 1 밀봉부 및 좁은 갭 또는 미로 형태의 제 2 밀봉부가 제공되어 있고, 제 1 밀봉부와 제 2 밀봉부 사이에는 회전자 샤프트의 주위로 연장되고 하우징측의 오일 배출홈과 동축 위치에 배치되는 샤프트측의 오일 배출홈에 의해 구성되는 고리 모양의 오일 배출로를 포함한다. 오일 배출로 내에는 회전자 샤프트의 반경 방향으로 고리 모양의 오일 배출로로 돌출 형성된 고리 모양의 개방 단부를 가진 밀봉 브리지가 제공되며, 이 밀봉 브리지는 축방향으로 작용하는 격벽을 오일 배출로에 유입되는 윤활제에 대해 제공하며 제 2 밀봉부의 갭을 방사상으로 덮는다.
DE 43 30 380 A1에는 냉각용 오일이 제 1 부로부터 제 2 부의 표면으로 분무되는 2개 부분으로 이루어진 베어링 하우징으로 구성된 배기가스 터보 과급기가 공지되어 있다.
상술한 모든 문헌에는 터빈측의 샤프트 밀봉재 구조는 일부 상황에서 피스톤링 밀봉부를 통해 배기가스 터빈의 휠 후방 공간으로부터 고온의 가스가 배출되고 피스톤링 영역과 오일 배출홈 내에 잔류하는 베어링 오일은 국소적으로 연소되어 샤프트 밀봉재가 심하게 코크스화(coking)되고 이와 관련하여 마모가 초래될 우려가 있다고 기재하고 있다. 이러한 코크스화는 배기가스 온도 상승과 피스톤링을 통한 가스 누출 증가와 함께 구성 부품의 냉각이 악화됨에 따라 증가한다. 따라서 밀봉부의 적극적인 냉각은 작동 안전을 위해 중요한 요소이다.
DE 197 13 415 A1에는 압축기 휠의 후방에 축(axial) 베어링의 영역 내 고리 모양의 밀봉 판을 오일 분무 보호부로서 포함하는 배기가스 터보 과급기가 공지되어 있다.
US2005/0188694 A1에는 2개의 피스톤링 사이에 압축기 휠의 후방에 샤프트 밀봉재의 영역 내 오일 흡입관을 포함하는 배기가스 터보 과급기가 공지되어 있는 바, 상기 오일 흡입관을 통해 진공펌프에 의해 경우에 따라 유입되는 오일로부터 2개의 피스톤링 사이의 영역이 세척된다.
US 4,523,763에는 압축기 휠의 후방에 샤프트 밀봉재의 영역 내 윤활 순환부로부터 오일이 압축기의 동작실로 도달하는 것을 방지하는 미로형 밀봉부를 포함하는 배기가스 터보 과급기가 공지되어 있다.
본 발명의 과제는 윤활유의 배출거동을 개선하고 밀봉부를 적극적으로 냉각시켜 피스톤링 밀봉재의 코크스화를 최소화할 수 있는 터보 기계장치의 베어링 하우징 내 설치된 샤프트의 샤프트 밀봉재를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 베어링 하우징 내 설치된 터보 기계장치의 샤프트의 샤프트 밀봉재로서, 상기 베어링 하우징 내 중공과 터보 기계장치의 임펠러의 휠 후방 공간 사이에 다수 개의 밀봉부를 포함하는 샤프트 밀봉재가 제공된다. 제 1 임펠러측의 밀봉부는 예를 들면 적어도 하나 이상의 피스톤링 형태로 형성될 수 있고, 제 2 베어링측의 밀봉부는 예를 들면 상기 베어링 하우징과 샤프트 사이에 밀봉 갭 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 베어링 하우징과 샤프트 사이에 밀봉 갭 형태로 형성되는 제 3 중간 밀봉부에 의해 한정되는 오일 배출 챔버가 임펠러측의 밀봉부와 베어링측의 밀봉부 사이에 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 제 3 밀봉부와 제 1 임펠러측의 밀봉부 사이에는 가스 배출 챔버가 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 제 3 밀봉부는 2개의 매개 오일을 오일 배출 챔버로부터, 가스 배출 챔버로부터 가스를 명확하게 분리함으로써 오일 배출 챔버에서 코크스화를 최소화할 수 있는데, 이는 상기 2개의 매개체가 동일한 수집 챔버의 내부에서 서로 만나지 않기 때문이다. 상기 2개의 매개체는 제 3 밀봉부에 의해 서로 분리되어 적어도 2개 이상의 배출로를 통해 베어링 하우징 플레넘으로 측방 유도된다. 본 발명에 따른 샤프트 밀봉재는 적어도 하나 이상의 대각 방향의 오일 분무기에 의해 적극적으로 냉각되되, 상기 배출 챔버 안으로는 분무 오일이 들어오지 않는다. 본 발명의 샤프트 밀봉재는 가능한 한 다량의 분무 오일이 베어링 하우징과 경우에 따라 삽입부재 및 그 안에 삽입된 피스톤링의 재료 온도를 낮게 유지시키고 여러 개의 배출 챔버 내에서 오일의 코크스화가 일어나지 않도록 구조적으로 형성된다.
경우에 따라, 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 일부인 상기 베어링 하우징의 영역은 삽입부재로서 형성될 수 있다. 상기 삽입부재는 마모가 일어나 동작을 제한하는 경우 쉽게 교체하거나 세정을 목적으로 짧은 시간 베어링 하우징으로부터 해체할 수 있다. 이를 위해, 상기 삽입부재는 최대한 열전도 특성이 높은 재료를 선택하여 제조한다.
경우에 따라, 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 일부이고 베어링 하우징과 함께 구조를 이뤄 오일 배출 챔버 및 가스 배출 챔버를 형성하는 샤프트의 동일 영역은 샤프트와 함께 회전하는 슬리브 형태의 캡으로서 형성한다. 상기 캡은 샤프트 상에서 수축되거나, 나사결합되거나 다른 방법으로는 샤프트에 누름잠금식(positive locking) 및/또는 스프링 작동식으로 연결될 수 있다. 경우에 따라, 상기 캡은 샤프트의 재료에 비해 열전도성이 향상된 재료 또는 절연효과가 높은 재료로 제조된다. 이러한 방식으로, 오일 배출홈에서 오일이 코크스화될 위험을 막을 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 샤프트 밀봉재를 상세히 설명한다.
도 1은 레이디얼 압축기와 레이디얼 터빈을 구비한 종래기술에 따른 배기가스 터보 과급기의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 배기가스 터보 과급기에서 본 발명에 따라 구성된 터빈측 샤프트 밀봉재를 통과하는 샤프트에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 샤프트 밀봉재의 제 2 실시형태의 하우징부에 대한 저면도이다.
도 4는 도 3에 따른 하우징부를 통과하는 IV-IV에 따른 단면도이다.
도 5는 샤프트 상에서 수축되는 캡을 구비한 도 2에 따른 샤프트 밀봉재를 도시한 도면이다.
도 1은 레이디얼 압축기(90)와 레이디얼 터빈(10)을 구비한 종래기술에 따른 배기가스 터보 과급기를 도시하고 있다. 도 1에는 압축기 휠(91), 샤프트(20) 및 터빈 휠(11)을 구비한 회전자를 볼 수 있게 하기 위해 상기 배기가스 터보 과급기의 하우징이 부분 절단되어 도시되어 있다. 공기 유입부(92)로부터 압축기 휠(91)을 거쳐 공기 배출부(93)에 이르는 공기의 경로와 가스 유입부(12)로부터 터빈 휠(11)을 거쳐 가스 배출부(13)에 이르는 가스의 경로가 굵은 화살표로 표시되어 있다. 샤프트(20)는 베어링 하우징(30) 내에서 일반적으로 2개의 레이디얼 베어링과 적어도 하나 이상의 축 베어링에 의해 회전가능하게 설치된다.
도 2는 터빈측 레이디얼 베어링(34)의 영역 내 배기가스 터보 과급기 또는 동력 터빈을 확대하여 도시하고 있다. 도면의 우측에 도시되어 있는 상기 레이디얼 베어링의 터빈측에는 터빈 휠(11)의 휠 후방 공간(15)으로부터 상기 베어링 하우징 내 중공(50)을 분리하는, 본 발명에 따라 3개의 부분으로 형성되는 샤프트 밀봉재가 배치되어 있다. 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 도시된 실시형태에서, 상기 베어링 하우징은 샤프트 밀봉재의 영역 내에 별도의 구성요소로서 구현된 삽입부재(31)(밀봉 부시)를 포함한다. 삽입부재(31)는 고리 모양으로 형성되고 레이디얼 베어링(34)으로부터 바깥 방향으로 방사상으로 배출되고 측방으로 방출되는 분무 오일을 위한 방사상의 외부 오일 배출홈(52)을 포함한다. 상기 삽입부재에는 직접 또는 간접적으로 분무 오일이 분무되어 적극적으로 냉각된다. 상기 분무 오일은 오일 분무기(61)에 의해 냉각될 구성요소로 유도된다. 상기 분무 오일은 터빈측의 베어링 플랜지(62) 내 오일관(60)을 통해 공급된다. 오일 분무기(61)는 도 1에서 구멍으로 제공되어 있고 정렬되어 베어링 하우징(30)의 영역 내 분무 오일이 내부 구조(63) 상에 모이고 오일 배출홈(52)의 영역 내 상기 삽입부재는 습윤화된다. 상기 분무 오일 및 저장부(34)와 오일 배출홈(51)으로부터 배출되는 오일에 의해 상기 삽입부재와 그 안에 제공된 피스톤링, 밀봉부와 배출 챔버가 냉각되고, 코크스화가 더욱 방지된다. 상기 피스톤링과 배출 챔버에서 냉각효과를 증가시키기 위해 삽입부재(31)는 경우에 따라 열전도특성이 최대한 높은 재료로 제조된다. 샤프트 밀봉재(31,30,41,42)의 부속들은 가열판(70)에 의해 고온의 터빈 후방벽(11)과 휠 후방 공간(15)으로부터 분리될 수 있다. 가열판(70)은 고온의 터빈 후방벽(11)과 상기 샤프트 밀봉재의 삽입부재(31) 사이의 휠 후방 공간(15)의 영역 내에 배치되어 있다. 경우에 따라, 방사상 내부 영역 내에서 커버면(71)을 가진 가열판이 삽입부재(31)에 위치할 수 있다. 가열판(70)에 의해 삽입부재(31)와 피스톤링(41, 42)의 영역 내에서 재료 온도가 더 감소될 수 있어 코크스화 경향을 더욱 최소화한다. 오일 배출홈(52)은 방사상으로 도시되고 배출로(51) 내 오일에 의해 더욱 냉각될 수 있는 밀봉 판(32)에 의해 축방향으로 한정되어 있다. 상기 삽입부재는 그 기능이 종래기술에 공지되어 있는 2개의 직렬로 배치된 피스톤링(41,42)을 수용하기 위한 홈을 더 포함한다. 상기 삽입부재는 방사상 내부 영역에 오일 배출 챔버(53), 2개의 피스톤링(41,42)으로부터 가스 배출을 위한 별도의 가스 배출 챔버(55) 및 오일 배출 챔버(53)와 가스 배출 챔버(55)를 서로 분리시키는 밀봉 브리지(33)을 더 포함한다.
레이디얼 베어링(34)과 밀봉 판(32) 사이의 오일 배출홈(51)은 상기 레이디얼 베어링으로부터 배출된 베어링 오일의 제 1 주 배출로를 형성한다. 밀봉 판(32)은 방사상으로 대향하는 샤프트(20)의 제 1 브리지(21)과 함께 제 1 방사상 밀봉 판(43)을 형성함으로써 제 1 방사상 밀봉 판(43)에 의해 오일 배출홈(51)으로부터 오일 배출 챔버(53)로 유입되는 베어링 오일의 양이 최소화된다. 오일 배출 챔버(53)의 회전 샤프트 구조에는 방사상으로 내부를 향해 변위 배치된 배출홈이 구비되며, 상기 배출홈에 의해 오일 배출 챔버(53)의 내부에서 상기 홈의 좌우에는 2개의 돌출한 가장자리부가 형성된다. 상기 돌출 가장자리부에 의해 상기 홈을 통해 삽입부재(31) 내 형성된 오일 배출 챔버(53)의 방사상 외부 영역으로 배출된 오일이 오일 배출 챔버(53)의 내부에서 중력에 의해 삽입부재(31)의 구조를 따라 아래로 흐르게 된다. 이에 따라 하부 영역에 적어도 하나 이상의 오일 배출로(54)을 포함하는 오일 배출 챔버(53)로부터 베어링 오일이 베어링 윤활부의 오일 순환부로 되돌아갈 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 삽입부재(31)는 오일 배출 챔버(53) 옆에 배치된 가스 배출 챔버(55)를 특징으로 하고, 주위를 둘러싸고 있는 밀봉 브리지(33)에 의해 가스 배출 챔버(55)는 오일 배출 챔버(53)로부터 분리된다. 고리 모양으로 형성된 가스 배출 챔버(55)는 피스톤링(41, 42)을 통과하여 흐르는 고온의 가스를 포집하기 위해 사용된다. 밀봉 브리지(33)는 방사상으로 대향하는 샤프트(20)의 제 2 브리지(22)와 함께 제 2 방사상 밀봉 갭(44)을 형성한다. 본 발명에 따르면 밀봉 갭(44)은 오일 배출 챔버(53)로부터 온 2개의 매개 오일을 가스 배출 챔버(55)로부터 온 가스와 명확하게 분리한다. 가스 배출 챔버(55) 내 수용된 가스는 적어도 하나 이상의 별도 가스 배출로(56)를 통해 삽입부재(31)의 내부로 그리고 오일 배출로(54)로부터 상기 베어링 하우징 내 중공(50)의 공동 공간 내로 분리 통과한다. 2개의 배출부를 의도적으로 분리하여 오일 배출 챔버(53)의 영역에서 2개의 매개체 혼합을 방지함으로써 밀봉 연결부에서 코크스화가 일어날 우려가 적게 된다. 또한 크기가 큰 오일 배출홈(51)과 제 1 밀봉부(43)를 통해 레이디얼 베어링(34)으로부터 배출된 베어링 오일의 대부분은 바깥쪽으로 배출되고, 피스톤링 부분으로부터 먼 오일 배출 홈(52) 위에 유지된다.
경우에 따라, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 오일 배출로(54)와 가스 배출로(56)의 배출부는 원주방향으로 변위되어 배치된다. 도 3은 샤프트와 그에 인접한 하우징부가 없는 삽입부재(31)의 저면도이다. 상기 삽입부재로부터 아래로 통하는 2개의 오일 배출로(54)와 가스 배출로(56)의 개구부는 축상에 위치하여 있고, 특히 원주방향으로 변위하여 배치된다. 도 4는 도 3의 IV-IV에 따른 단면도로서 상기 배출로, 방사상으로 안쪽으로 제공되는 밀봉 판(32) 및 가스 배출로(56)의 영역에서 안쪽으로 제공되는 방사상의 밀봉 브리지(33)를 도시하고 있다. 상기 배출로의 변위 배치에 의해 삽입부재의 강도는 더욱 증가한다.
상기 도시된 실시형태에서, 밀봉부(43,44)는 방사상 밀봉 갭을 형성한다. 경우에 따라, 상기 밀봉부는 피스톤링 밀봉부 또는 기타 밀봉부재에 의해 보완되거나 대체될 수 있다.
경우에 따라, 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 영역 내 베어링 하우징은 별도의 삽입부재 없이 형성될 수도 있다. 이 경우, 적절한 형태의 상응하는 홈, 밀봉 판 및 밀봉 브리지가 직접 베어링 하우징으로 도입된다. 별도의 삽입부재 없이 일체로 형성된 변형예에 비해, 별도의 삽입부재를 구비하고 있는 상술한 실시형태는 밀봉부를 냉각시키기 위해 삽입부재가 열전도성이 양호한 소정의 재료(예를 들면 Ck45)로 제조될 수 있어 사용된 베어링 하우징 재료(예를 들면 GGG-40)와 무관하다는 장점이 있다. 또한 삽입부재는 마모가 일어나 동작을 제한하는 경우 쉽게 교체하거나 세정을 목적으로 짧은 시간 베어링 하우징으로부터 해체할 수 있다.
경우에 따라, 도 5에 의하면 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재의 영역에서 터빈의 회전 샤프트 구조는 슬리브 형태의 캡(81)을 통해 구현될 수 있다. 캡(81)은 상기 샤프트 위의 면(82)에서 수축되고 샤프트 위에 형성된 가장자리부는 캡을 축 고정부(83)로서 사용한다. 상기 캡 및 샤프트면은 오일 냉각을 통해 열 배출을 최대화하고 샤프트 위의 수축면에서는 최소화하도록 구성된다. 따라서 상기 캡은 열전도성이 양호한 재료로 제조된다. 상기 캡의 냉각에 의해 오일 배출홈도 냉각되어 오일 배출 챔버(53, 55) 내에서 코크스화 위험이 더욱 최소화된다. 경우에 따라, 스프링 작동식 및/또는 누름잠금식과 같은 다른 방법으로도 캡(81)을 상기 샤프트 상에 체결할 수 있으며, 예를 들면 상기 캡과 샤프트 사이의 나사결합에 의해서도 체결할 수 있다.
상기 도시된 실시형태에서, 상기 샤프트 밀봉재는 2개의 피스톤링(41, 42)을 포함한다. 이와 달리, 1개의 피스톤링 만이 제공되거나 샤프트 밀봉재의 영역 내 또는 다른 위치에 또 다른 피스톤링이 제공될 수도 있다.
상기 도시되고 상술한 실시형태는 배기가스 터보 과급기 또는 동력 터빈의 터빈측 상에 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재가 위치하는 것을 보여주고 있다. 본 발명에 따라 구성된 샤프트 밀봉재를 유사한 방식으로 배기가스 터보 과급기의 압축기측에 사용하거나 또는 임의의 다른 터보 기계장치에도 사용할 수 있음은 물론이다.
도면부호 리스트
10 터빈
11 터빈 휠
12 가스 유입부
13 가스 배출부
15 임펠러의 휠 후방 공간
20 샤프트
21, 22 밀봉 브리지
30 베어링 하우징
31 베어링 하우징의 삽입부재
32 밀봉 판
33 밀봉 브리지
34 레이디얼 베어링
41, 42 피스톤링
43, 44 방사상 밀봉 갭
50 베어링 하우징 내 중공
51, 52 오일 배출홈
53 오일 배출 챔버
54 오일 배출로
55 가스 배출 챔버
56 가스 배출로
60 오일관
61 오일분무기
62 터빈측의 베어링 플랜지
63 베어링 하우징의 내부구조
70 가열판
71 커버면
81 샤프트와 함께 회전하는 캡
82 샤프트면
83 축 고정부
90 압축기
91 압축기 휠
92 공기 유입부
93 공기 배출부

Claims (11)

  1. 베어링 하우징(30) 내 중공(50)과 터보 기계장치의 임펠러(11)의 휠 후방 공간(15) 사이에서 베어링 하우징(30) 내 설치된 터보 기계장치의 샤프트(20)의 샤프트 밀봉재로서, 베어링 하우징(30,31)과 샤프트(20,21) 사이에 임펠러측의 밀봉부(41,42) 및 베어링 하우징(30,31)과 샤프트(20,21) 사이에 베어링측의 밀봉부(43)을 포함하고, 상기 임펠러측의 밀봉부와 베어링측의 밀봉부 사이에는 오일 배출 챔버(53)가 제공되되,
    상기 오일 배출 챔버(53)는 베어링 하우징(30,31)과 샤프트(20,22) 사이의 제 3 밀봉부(44)에 의해 한정되고, 상기 제 3 밀봉부와 임펠러측의 밀봉부 사이에는 가스 배출 챔버(55)가 배치되며,
    상기 베어링 하우징 내 오일 배출 챔버(53)의 방사상 외부에는 오일 배출홈(52)이 도입되고, 오일 배출홈(52)의 영역에 오일을 분무할 수 있는 적어도 하나 이상의 오일 분무기(61)가 상기 오일 배출홈의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 밀봉재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 배출 챔버(53)와 가스 배출 챔버(55)는 각각 별도의 배출로(54,56)을 적어도 하나 이상 포함하는 샤프트 밀봉재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 오일 배출 챔버(53)의 적어도 하나 이상의 배출로(54)와 가스 배출 챔버(55)의 적어도 하나 이상의 배출로(56)가 서로 분리되어 베어링 하우징(30) 내 중공(50)과 연통하는 샤프트 밀봉재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 오일 배출 챔버(53)의 적어도 하나 이상의 배출로(54)와 가스 배출 챔버(55)의 적어도 하나 이상의 배출로(56)는 원주방향으로 변위하여 배치되어 베어링 하우징(30) 내 중공(50)과 연통하는 샤프트 밀봉재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 하우징은, 오일 배출 챔버(53)와 가스 배출 챔버(55)를 형성하는 홈이 그 내부에 도입되어 있는 삽입부재(31)를 샤프트 밀봉재의 영역 내에서 포함하는 샤프트 밀봉재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 베어링 하우징과 함께 오일 배출 챔버(53)와 가스 배출 챔버(55)를 형성하는 구조를 갖는 캡(81)을 샤프트 밀봉재의 영역 내에서 포함하는 샤프트 밀봉재.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 캡(81)은 샤프트의 재료에 비해 열전도율이 높은 재료로 제조되는 샤프트 밀봉재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 하우징은, 오일 배출 챔버(53)와 가스 배출 챔버(55)를 형성하는 홈이 그 내부에 도입되어 있는 삽입부재(31)를 샤프트 밀봉재의 영역 내에서 포함하는 샤프트 밀봉재.
  9. 샤프트(20) 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 임펠러(11)와, 그 내부에 샤프트(20)가 회전가능하게 설치되어 있는 베어링 하우징(30)을 포함하는 터보 기계장치로서, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 샤프트 밀봉재가 베어링 하우징(30)과 샤프트(20) 사이에 배치되어 있는 터보 기계장치.
  10. 샤프트(20) 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 터빈-임펠러(11)와, 그 내부에 샤프트(20)가 회전가능하게 설치되어 있는 베어링 하우징(30)을 포함하는 배기가스 터보 과급기 또는 동력 터빈으로서, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 샤프트 밀봉재가 베어링 하우징(30)과 샤프트(20) 사이에 배치되어 있는 배기가스 터보 과급기 또는 동력 터빈.
  11. 샤프트(20) 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 압축기-임펠러(11)와, 그 내부에 샤프트(20)가 회전가능하게 설치되어 있는 베어링 하우징(30)을 포함하는 배기가스 터보 과급기로서, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 샤프트 밀봉재가 베어링 하우징(30)과 샤프트(20) 사이에 배치되어 있는 배기가스 터보 과급기.
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