KR20110127062A - Turbomachine - Google Patents

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클라우스 바르톨로매
알폰스 보른호른
파울 쇼레르
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

PURPOSE: A turbo machine is provided to prevent the welded state of a blade wheel and a shaft from being separated from each other. CONSTITUTION: A turbo machine comprises a bearing housing(30), a shaft(40'), a blade wheel(25'), and a seal(50). The shaft is rotatably supported inside the inner chamber of the bearing housing. The blade wheel is coupled to the longitudinal end(41') of the shaft through a welding seam(S') and is arranged inside a blade wheel chamber(22). The seal is arranged on the shaft and seals the inner chamber.

Description

터보 기계{TURBOMACHINE}Turbo machine {TURBOMACHINE}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 터보 기계에 관한 것이다.The invention relates to a turbomachine according to the preamble of claim 1.

도 2는 도 1과 관련해서 전술한 방식의 터보 기계(1)를 도시한다. 터보 기계(1)는 터보 압축기(10) 및 배기 가스 터빈(20)을 가진 터보 과급기의 형태로 형성된다. 터보 기계(1)는 압축기 하우징(11), 터빈 하우징(21), 및 압축기 하우징(11)과 터빈 하우징(21)을 연결하는 베어링 하우징(30)을 포함하고, 상기 베어링 하우징(30)은 구상 흑연 주철로 제조된다.FIG. 2 shows a turbo machine 1 in the manner described above in connection with FIG. 1. The turbo machine 1 is formed in the form of a turbocharger with a turbo compressor 10 and an exhaust gas turbine 20. The turbomachine 1 comprises a compressor housing 11, a turbine housing 21, and a bearing housing 30 connecting the compressor housing 11 and the turbine housing 21, the bearing housing 30 being spherical. It is made of graphite cast iron.

터보 기계(1)는 또한 강으로 제조된 샤프트(40)를 포함하고, 상기 샤프트는 다수의 회전 베어링(42, 43)[여기서는 2개의 레이디얼 슬라이딩 베어링(42) 및 스러스트 슬라이딩 베어링(43)]을 통해 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31; 오일 챔버라고도 함) 내에 회전 가능하게 지지된다.The turbo machine 1 also comprises a shaft 40 made of steel, which shaft comprises a plurality of rotary bearings 42, 43 (here two radial sliding bearings 42 and a thrust sliding bearing 43). Is rotatably supported within the internal chamber 31 (also referred to as an oil chamber) of the bearing housing 30.

도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트(40)의 종방향 단부(41)에 배기 가스 터빈(20)의 블레이드 휠(25)이 제공되고, 상기 블레이드 휠은 용접 시임(S)을 통해 샤프트(40)의 종방향 단부(41)와 재료 결합되고 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 외부에 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22) 내에 배치된다. 블레이드 휠(25)은 니켈 기반의 합금으로 제조된다.As shown in FIG. 2, a blade wheel 25 of the exhaust gas turbine 20 is provided at the longitudinal end 41 of the shaft 40, which blade wheel is connected to the shaft 40 via a welding seam S. As shown in FIG. Is materially coupled with the longitudinal end 41 of the blade and disposed within the blade wheel chamber 22 of the turbine housing 21 outside the inner chamber 31 of the bearing housing 30. The blade wheel 25 is made of a nickel based alloy.

도 2에 나타나는 바와 같이, 샤프트(40)의 원주에 하나의(또는 다수의) 링형 시일(50)이 피스톤 링의 형태로 배치되므로, 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31)는 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22)에 대해 밀봉된다. 시일(50)은 방사 방향(RR)으로 예비 응력을 받아 베어링 하우징(30)의 벽(32)에 고정되므로, 시일(50)은 베어링 하우징(30)에 대해 상대 회전 불가능하게 지지된다. 시일(50)은 강 또는 철-흑연-합금으로 제조된다.As shown in FIG. 2, since one (or multiple) ring-shaped seal 50 is arranged in the form of a piston ring on the circumference of the shaft 40, the inner chamber 31 of the bearing housing 30 is a turbine housing ( It is sealed against the blade wheel chamber 22 of 21. Since the seal 50 is pre-stressed in the radial direction RR and fixed to the wall 32 of the bearing housing 30, the seal 50 is supported relative to the bearing housing 30 so as not to rotate relatively. The seal 50 is made of steel or iron-graphite-alloy.

밀봉을 위해 시일(50)은 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면(51, 52)과 상호 작용한다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 회전 밀봉면들(51, 52) 중 제 1 밀봉 면(51)은 배기 가스 터빈(20)의 블레이드 휠(25)의 연결 단부(26)에 형성되고, 회전 밀봉 면들(51, 52) 중 제 2 밀봉 면(52)은 샤프트(40)의 종방향 단부(41)에 형성된다. 2개의 밀봉 면들(51, 52)은 각각 링 칼라(별도로 도시되지 않음)의 측면으로서 형성되고, 각각의 링 칼라로부터 더 작은 직경의 연장부가 돌출된다.For sealing the seal 50 interacts with two mutually arranged rotating sealing faces 51, 52. As shown in FIG. 2, the first sealing face 51 of the rotary sealing faces 51, 52 is formed at the connecting end 26 of the blade wheel 25 of the exhaust gas turbine 20, and the rotary sealing faces The second sealing face 52 of the 51 and 52 is formed at the longitudinal end 41 of the shaft 40. The two sealing faces 51, 52 are each formed as a side of a ring collar (not shown separately), and a smaller diameter extension protrudes from each ring collar.

2개의 연장부들이 용접 시임(S)을 통해 서로 연결됨으로써, 용접 시임(S)이 밀봉 면들(51, 52) 및 2개의 연장부들로 형성된 링 홈(53)의 영역에 있다.The two extensions are connected to each other via the welding seam S so that the welding seam S is in the region of the ring groove 53 formed of the sealing faces 51, 52 and the two extensions.

이러한 방식으로 블레이드 휠 (25)과 샤프트(40) 사이의 용접 결합이 이루어지면, 과거에는 터보 기계(1)의 작동시 항상 블레이드 휠(25)과 샤프트(40) 사이의 용접 결합이 의도치 않게 풀리는 형태로 손상이 생겼다.If a welded connection between the blade wheel 25 and the shaft 40 is made in this way, then in the past the welded connection between the blade wheel 25 and the shaft 40 is always unintentionally in operation of the turbomachine 1. The damage occurred in the form of a pulley.

본 발명의 과제는 블레이드 휠과 샤프트 사이의 용접 결합의 의도치 않은 풀림이 확실히 방지되는, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 터보 기계를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a turbomachine according to the preamble of claim 1, wherein unintentional loosening of the welded joint between the blade wheel and the shaft is reliably prevented.

상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 터보 기계에 의해 해결된다. 본 발명의 개선예는 종속 청구항들에 제시된다.The problem is solved by a turbomachine according to claim 1. Improvements of the invention are given in the dependent claims.

본 발명에 따라, 베어링 하우징, 상기 베어링 하우징의 내부 챔버 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트, 용접 시임을 통해 상기 샤프트의 종방향 단부와 재료 결합되며 내부 챔버의 외부에서 블레이드 휠 챔버 내에 배치된 블레이드 휠, 및 상기 샤프트의 원주에 배치되어 상기 내부 챔버를 블레이드 휠 챔버에 대해 밀봉하는 시일을 포함하고, 상기 시일은 밀봉을 위해 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면과 상호 작용하는 것인 터보 기계가 제공된다. 샤프트는 바람직하게는 마찰 용접에 의해 블레이드 휠과 결합된다. 본 발명에 따른 터보 기계는, 2개의 밀봉 면들 중 적어도 하나의 밀봉 면의 밀봉 면 재료가, 시일과 블레이드 휠 사이에 배치된 분리 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.According to the invention there is provided a bearing housing, a shaft rotatably supported in an inner chamber of the bearing housing, a blade wheel in material coupling with the longitudinal end of the shaft via a welding seam and disposed within the blade wheel chamber outside of the inner chamber, And a seal disposed at the circumference of the shaft to seal the inner chamber against the blade wheel chamber, wherein the seal interacts with two mutually opposite rotating seal faces for sealing. . The shaft is preferably engaged with the blade wheel by friction welding. The turbomachine according to the invention is characterized in that the sealing face material of at least one of the two sealing faces forms a separating layer disposed between the seal and the blade wheel.

본 발명에 의해, 적용된 용접 파라미터, 특히 마찰 용접 파라미터에 따라, 용접 시임이 부품마다 축 방향으로 수 밀리미터만큼 변할 수 있다는 것이 확인되었다. 이로 인해, 선행 기술에서는 실제 가용 공간에 따라 금속 시일이 블레이드 휠 재료와 금속 접촉되었다.By the present invention, it has been found that depending on the welding parameters applied, in particular friction welding parameters, the welding seam can vary by several millimeters in the axial direction per part. For this reason, in the prior art, the metal seal is in metal contact with the blade wheel material according to the actual available space.

구성에 따라, 시일이 터보 기계의 작동 중에 함께 회전하지 않고, 샤프트와 금속 접촉됨으로써, 샤프트와 시일 사이의 마찰이 생긴다. 특히, 런-인(run-in) 과정시, 이로 인해 부분적으로 많은 열이 발생한다. 이러한 변화에 의해 발생할 수 있는, 시일과 블레이드 휠 재료와의 접촉에 의해 블레이드 휠 재료가 용융될 수 있는데, 그 이유는 블레이드 휠 재료가 시일 재료보다 더 낮은 융점을 갖기 때문이다. 결과적으로, 블레이드 휠 재료가 시일 상으로 용융되고 샤프트로부터 분리된다. 이러한 과정은 블레이드 휠이 샤프트로부터 떨어져 나갈 정도로 용접 시임이 약화될 때까지 반복된다.Depending on the configuration, the seals do not rotate together during operation of the turbomachine, but are in metal contact with the shaft, thereby creating friction between the shaft and the seal. In particular, during the run-in process, this generates a lot of heat. The blade wheel material may melt by contact of the seal and the blade wheel material, which may be caused by this change, because the blade wheel material has a lower melting point than the seal material. As a result, the blade wheel material melts onto the seal and separates from the shaft. This process is repeated until the weld seam is weakened such that the blade wheel is pulled away from the shaft.

해결책에 따라, 시일과 블레이드 휠 재료 사이의 회전 마찰을 줄이려는 시도가 있었고, 시도는 마찰 감소 코팅으로 실시되었다. 그러나, 이 코팅은 목적에 맞지 않는 것으로 나타났는데, 그 이유는 상기 코팅이 손상 원인을 줄이기는 하지만, 손상 원인을 제거하지는 않기 때문이다.According to the solution, an attempt was made to reduce the rotational friction between the seal and the blade wheel material, and the attempt was made with a friction reducing coating. However, this coating has been shown to be inadequate because the coating reduces the cause of the damage but does not eliminate the cause of the damage.

시일과 블레이드 휠 사이의 단열을 제공하는, 본 발명에 따라 제공된, 시일과 블레이드 휠 사이의 분리 층에 의해, 시일과 블레이드 휠 재료의 금속 마찰 접촉이 방지되고, 그에 따라 블레이드 휠과 샤프트 사이의 용접 결합이 용융에 의해 의도치 않게 풀리는 것이 확실하게 방지된다. 달리 표현하면, 본 발명에 따라 블레이드 휠 재료가 시일과 같은 부품과 금속 마찰 접촉되는 것이 확실하게 방지된다. 따라서 손상 메커니즘의 원인이 방지되고 작동 신뢰성이 주어진다.The separating layer between the seal and the blade wheel, provided in accordance with the present invention, which provides insulation between the seal and the blade wheel, prevents metal frictional contact of the seal and the blade wheel material, thus welding between the blade wheel and the shaft. Unintentional loosening of the bond by melting is reliably prevented. In other words, the blade wheel material is reliably prevented from metallic frictional contact with parts such as seals in accordance with the present invention. Thus, the cause of the damage mechanism is prevented and operational reliability is given.

단열 분리 층은, 바람직하게는 (예컨대, 그 축방향 두께 및/또는 그 재료와 관련해서) 터보 기계의 작동 중에 회전 마찰로 인해 용접 시임에 나타나는 최대 온도가 블레이드 휠 재료의 융점보다 낮게 되도록 형성된다.The adiabatic separation layer is preferably formed such that the maximum temperature present in the weld seam due to rotational friction during operation of the turbomachine (eg, in relation to its axial thickness and / or its material) is lower than the melting point of the blade wheel material. .

본 발명의 실시예에 따라, 2개의 밀봉 면들은 하나의 동일한 밀봉면 재료로 제조된다.According to an embodiment of the invention, two sealing faces are made of one and the same sealing face material.

이로 인해, 밀봉 면들이 최적으로 그리고 매우 간단히, 그에 따라 경제적으로 시일과의 회전 마찰에 맞춰질 수 있다.This allows the sealing faces to be optimally and very simply and therefore economically adapted to rotational friction with the seal.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 2개의 밀봉 면들은 함께 터보 기계의 단일 밀봉면 부품에 형성된다.According to another embodiment of the invention, the two sealing faces are formed together in a single sealing face part of the turbomachine.

따라서, 선행 기술에서 주어지는 용접 파라미터로 인한 밀봉 면의 축 방향 배치에서의 공차가 확실하게 방지되거나 감소되므로, 시일과 밀봉 면 사이의 금속 마찰 접촉이 확실히 설정될 수 있다.Therefore, the tolerance in the axial arrangement of the sealing face due to the welding parameters given in the prior art is reliably prevented or reduced, so that the metal frictional contact between the seal and the sealing face can be reliably established.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 밀봉 면 부품은 샤프트로 형성된다.According to another embodiment of the invention, the sealing face part is formed as a shaft.

블레이드 휠 재료와 시일 사이의 금속 접촉이 확실히 방지되도록, 용접 시임이 블레이드 휠 방향으로 이동되거나 또는 밀봉 지점이 회전 베어링 방향으로 이동된다. 달리 표현하면, 용접 시임이 블레이드 휠 챔버 내에 또는 직접 블레이드 휠 챔버에 인접하게 배치된다. 여기서 장점은 특히 밀봉 지점의 방사방향 직경이 작게 유지될 수 있다는 것이지만, 약간 커진 축방향 조립 공간이 생긴다.The weld seam is moved in the direction of the blade wheel or the sealing point is moved in the direction of the rotating bearing so that metal contact between the blade wheel material and the seal is reliably prevented. In other words, the weld seam is disposed within or directly adjacent to the blade wheel chamber. The advantage here is that in particular the radial diameter of the sealing point can be kept small, but with a slightly larger axial assembly space.

샤프트가 일반적으로 강 재료로 제조되기 때문에, 샤프트는 그 융점과 관련해서 시일과의 회전 마찰시 생기는 열 부하를 확실하게 견디고, 2개의 밀봉 면들 중 블레이드 휠에 더 가까이 배치된 밀봉 면의 강 재료가 단열 분리 층을 형성한다. Since the shaft is generally made of a steel material, the shaft reliably withstands the heat load that occurs during rotational friction with the seal in relation to its melting point, and the sealing material steel material disposed closer to the blade wheel of the two sealing surfaces To form a thermal insulation separation layer.

본 발명의 실시예에 따르면 밀봉면 부품은 슬리브로 형성되고, 상기 슬리브는 샤프트의 종방향 단부에 고정된다. 이 경우 장점은 특히 약간 더 짧은 축방향 조립 공간이 생긴다는 것이지만, 이 슬리브에 의해 약간 커진 방사방향 조립 공간이 생긴다. 이 경우, 용접 시임은 바람직하게 블레이드 휠 챔버와 베어링 하우징의 내부 챔버 사이에 배치된다.According to an embodiment of the invention the sealing face part is formed of a sleeve, which sleeve is fixed at the longitudinal end of the shaft. The advantage here is in particular that there is a slightly shorter axial assembly space, but this sleeve results in a slightly larger radial assembly space. In this case, the welding seam is preferably arranged between the blade wheel chamber and the inner chamber of the bearing housing.

바람직하게 슬리브는 (예컨대, 그 방사 방향 두께 및/또는 그 재료와 관련해서) 터보 기계의 작동 중에 회전 마찰로 인해 용접 시임에 나타나는 최대 온도가 블레이드 휠 재료의 융점보다 낮게 되도록 형성된다.Preferably the sleeve is formed such that the maximum temperature present in the weld seam due to rotational friction during operation of the turbomachine (eg with respect to its radial thickness and / or material thereof) is below the melting point of the blade wheel material.

본 발명의 실시예에 따라, 슬리브는 샤프트의 종방향 단부를 지나 블레이드 휠 챔버 내에까지 연장되고, 용접 시임에 의해 샤프트의 종방향 단부와 결합된 블레이드 휠의 연결 단부가 슬리브 내로 삽입된다. 바람직하게는 블레이드 휠의 연결 단부가 슬리브 내로 유격 없이 압입된다.According to an embodiment of the invention, the sleeve extends past the longitudinal end of the shaft and into the blade wheel chamber, and the connecting end of the blade wheel coupled with the longitudinal end of the shaft by a welding seam is inserted into the sleeve. Preferably the connecting end of the blade wheel is press-fitted into the sleeve without play.

따라서, 슬리브는 추가로 블레이드 휠의 연결 단부를 휨 부하에 대항해서 지지함으로써, 용접 결합의 안정성을 높인다.Thus, the sleeve further supports the connecting end of the blade wheel against the bending load, thereby increasing the stability of the welded joint.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 슬리브는 융점과 관련해서 시일과의 회전 마찰시 생기는 열 부하를 확실히 견디는 강 또는 철 기반의 합금으로 제조된다.According to another embodiment of the invention, the sleeve is made of a steel or iron-based alloy that reliably withstands the heat loads that occur during rotational friction with the seal in relation to the melting point.

본 발명에 의해, 블레이드 휠과 샤프트 사이의 용접 결합의 의도치 않은 풀림이 확실히 방지되는 터보 기계가 제공된다.By the present invention, a turbo machine is provided in which unintentional loosening of the welded joint between the blade wheel and the shaft is reliably prevented.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 터보 과급기의 형태로 형성된 터보 기계의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 터보 기계의, 선행 기술에 따라 구성된 변형예의 종단면도.
도 3은 도 1에 따른 터보 기계의, 본 발명의 실시예에 따라 구성된 변형예의 종단면도.
도 4는 도 1에 따른 터보 기계의, 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 변형예의 종단면도. 1 is a perspective view of a turbomachine formed in the form of a turbocharger;
2 is a longitudinal sectional view of a variant of the turbomachine according to FIG. 1, constructed in accordance with the prior art;
3 is a longitudinal sectional view of a variant constructed in accordance with an embodiment of the present invention of the turbomachine according to FIG. 1;
4 is a longitudinal sectional view of a variant constructed in accordance with another embodiment of the present invention of the turbomachine according to FIG. 1;

이하에서, 도 1 및 도 3을 참고로 본 발명의 제 1 실시예가 설명된다.In the following, a first embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. 1 and 3.

본 발명에 따른 터보 기계(1)는 터보 압축기(10) 및 배기 가스 터빈(20)을 가진 터보 과급기의 형태로 형성된다. 터보 기계(1)는 압축기 하우징(11), 터빈 하우징(21) 및 상기 압축기 하우징(11)과 상기 터빈 하우징(21)을 연결하는 베어링 하우징(30)을 포함하고, 상기 베어링 하우징은 구상 흑연 주철로 제조된다.The turbo machine 1 according to the invention is formed in the form of a turbocharger with a turbo compressor 10 and an exhaust gas turbine 20. The turbo machine 1 comprises a compressor housing 11, a turbine housing 21 and a bearing housing 30 connecting the compressor housing 11 and the turbine housing 21, the bearing housing being spherical graphite cast iron. Is manufactured.

터보 기계(1)는 또한 강으로 제조된 샤프트(40')를 포함하고, 상기 샤프트는 다수의 회전 베어링(42, 43)[여기서는 2개의 레이디얼 슬라이딩 베어링(42) 및 하나의 스러스트 슬라이딩 베어링(43)]에 의해 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31; 오일 챔버라고도 함) 내에 회전 가능하게 지지된다.The turbo machine 1 also comprises a shaft 40 'made of steel, which comprises a plurality of rotary bearings 42 and 43 (here two radial sliding bearings 42 and one thrust sliding bearing) 43) is rotatably supported in the inner chamber 31 of the bearing housing 30 (also referred to as an oil chamber).

도 3에 나타나는 바와 같이, 샤프트(40')의 종방향 단부(41')에는 배기 가스 터빈(20)의 블레이드 휠(25')이 제공되고, 상기 블레이드 휠은 용접 시임(S')을 통해 샤프트(40')의 종방향 단부(41')와 재료 결합되고, 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 외부에서 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22) 내에 배치된다. 블레이드 휠(25')은 니켈 기반의 합금으로 제조된다.As shown in FIG. 3, the longitudinal end 41 ′ of the shaft 40 ′ is provided with a blade wheel 25 ′ of the exhaust gas turbine 20, which blade wheel is connected via a welding seam S ′. It is materially coupled with the longitudinal end 41 ′ of the shaft 40 ′ and disposed within the blade wheel chamber 22 of the turbine housing 21 outside the internal chamber 31 of the bearing housing 30. The blade wheel 25 'is made of a nickel-based alloy.

마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(40')의 원주에 링형 시일(50)이 피스톤 링의 형태로 배치되므로, 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31)는 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22)에 대해 밀봉된다. 시일(50)은 방사 방향(RR)으로 예비 응력을 받아, 베어링 하우징(30)의 벽(32)에 고정되므로, 시일(50)은 베어링 하우징(30)에 대해 상대 회전 불가능하게 지지된다.Similarly, as shown in FIG. 3, since the ring-shaped seal 50 is arranged in the form of a piston ring on the circumference of the shaft 40 ′, the inner chamber 31 of the bearing housing 30 is connected to the turbine housing 21. Sealed against the blade wheel chamber 22. Since the seal 50 is prestressed in the radial direction RR and fixed to the wall 32 of the bearing housing 30, the seal 50 is supported relative to the bearing housing 30 so as not to rotate relatively.

시일(50)은 강 또는 철-흑연-합금으로 제조된다. 밀봉을 위해, 시일(50)이 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면들(51', 52')과 상호 작용하고, 상기 밀봉 면들은 샤프트(40') 내에 형성된 링 홈(53')의 측면 경계면으로서 형성된다.The seal 50 is made of steel or iron-graphite-alloy. For sealing, the seal 50 interacts with two oppositely disposed rotating sealing surfaces 51 ', 52', which sealing surfaces are side boundary surfaces of the ring groove 53 'formed in the shaft 40'. It is formed as.

도 3에 나타나는 바와 같이, 2개의 밀봉 면들(51', 52') 중, 배기 가스 터빈(20)의 블레이드 휠(25')에 더 가까이 배치된 제 1 밀봉 면(51')의 밀봉 면 재료[여기서는 샤프트(40')의 강 재료]가 시일(50)과 블레이드 휠(25') 사이에 배치된 단열 분리 층(T')을 형성하고, 축 방향(AR)으로 상기 분리 층의 두께(D')는, 터보 기계의 작동 중에 회전 마찰로 인해 용접 시임(S')에 나타나는 최대 온도가 블레이드 휠 재료(여기서는 니켈 기반의 합금)의 융점보다 낮게 되도록 설정된다.As shown in FIG. 3, of the two sealing faces 51 ′, 52 ′, the sealing face material of the first sealing face 51 ′ disposed closer to the blade wheel 25 ′ of the exhaust gas turbine 20. [Here the steel material of the shaft 40 '] forms a thermal insulation separation layer T' disposed between the seal 50 and the blade wheel 25 ', and the thickness of the separation layer in the axial direction AR ( D ') is set such that the maximum temperature appearing in the weld seam S' due to rotational friction during operation of the turbomachine is lower than the melting point of the blade wheel material (here nickel based alloy).

본 발명에 따라 배치된 용접 시임(S')은, 블레이드 휠 재료와 시일(50) 사이의 금속 마찰 접촉이 확실하게 방지될 정도로, 도 2에 도시된 용접 시임(S)에 비해 축 방향으로 블레이드 휠(25')을 향해 이동되거나, 또는 시일(50)과 밀봉 면들(51', 52')로 형성된 밀봉 지점이 축 방향으로 회전 베어링(42, 43)을 향해 이동된다.The weld seam S 'arranged in accordance with the invention is axially bladed relative to the weld seam S shown in FIG. 2, such that metal frictional contact between the blade wheel material and the seal 50 is reliably prevented. The sealing point formed of the seal 50 and the sealing surfaces 51 ', 52' is moved toward the rotary bearings 42, 43 in the axial direction, or is moved toward the wheel 25 '.

도 3에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따라 배치된 용접 시임(S')이 블레이드 휠 챔버(22) 내에 또는 직접 상기 블레이드 휠 챔버에 인접하게 배치된다. 여기서는 특히 밀봉 지점의 방사 방향 직경이 작게 유지될 수 있다는 장점이 있지만, 약간 커진 축 방향 조립 공간이 생긴다.As shown in FIG. 3, a weld seam S ′ arranged in accordance with the invention is disposed within or directly adjacent to the blade wheel chamber 22. Here, in particular, the advantage is that the radial diameter of the sealing point can be kept small, but a slightly larger axial assembly space is created.

도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따라, 여기서는 하나의 동일한 밀봉 면 재료로 제조된 2개의 밀봉 면들(51', 52')이 함께 터보 기계(1)의 단일 밀봉 면 부품, 즉 샤프트(40')에 형성된다.According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, here two sealing faces 51 ′, 52 ′ made of one and the same sealing face material together form a single sealing face part, ie a shaft () of the turbomachine 1. 40 ').

하기에서, 도 1 및 도 4를 참고로 본 발명의 제 2 실시예가 설명된다. 본 발명의 제 2 실시예는 본 발명의 제 1 실시예와 유사하기 때문에, 하기에서는 차이점만이 설명된다. 도 3에서와 동일한 부재들은 동일한 도면 부호들로 표시되고 다른 부재들은 더블어포스트로피(")를 가진 부호들로 표시된다.In the following, a second embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. 1 and 4. Since the second embodiment of the present invention is similar to the first embodiment of the present invention, only the differences are described below. The same members as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals and the other members are denoted by symbols with a double apostrophe (").

터보 기계(1)는 강으로 제조된 샤프트(40")를 포함하고, 상기 샤프트는 다수의 회전 베어링(42, 43)[2개의 레이디얼 슬라이딩 베어링(42) 및 하나의 스러스트 슬라이딩 베어링(43)]에 의해 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 내에 회전 가능하게 지지된다.The turbo machine 1 comprises a shaft 40 "made of steel, which has a number of rotary bearings 42 and 43 (two radial sliding bearings 42 and one thrust sliding bearing 43). ] Is rotatably supported in the inner chamber 31 of the bearing housing 30.

도 4에 나타나는 바와 같이, 샤프트(40")의 종방향 단부(41")에는 배기 가스 터빈(20)의 블레이드 휠(25")이 제공되고, 상기 블레이드 휠은 용접 시임(S")을 통해 샤프트(40")의 종방향 단부(41")와 재료 결합되고, 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 외부에서 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22) 내에 배치된다. 블레이드 휠(25")은 니켈 기반의 합금으로 제조된다.As shown in FIG. 4, the longitudinal end 41 ″ of the shaft 40 ″ is provided with a blade wheel 25 ″ of the exhaust gas turbine 20, which blade wheel is connected via a welding seam S ″. It is materially coupled with the longitudinal end 41 ″ of the shaft 40 ″ and disposed within the blade wheel chamber 22 of the turbine housing 21 outside the internal chamber 31 of the bearing housing 30. Blade wheel 25 "is made of a nickel-based alloy.

마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 시임(S")은 블레이드 휠 챔버(22)와 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 사이에 배치된다.Likewise, as shown in FIG. 4, a weld seam S ″ is disposed between the blade wheel chamber 22 and the inner chamber 31 of the bearing housing 30.

도 4에 나타나는 바와 같이, 샤프트(40")의 원주에 링형 시일(50)이 피스톤 링의 형태로 배치되므로, 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31)는 터빈 하우징(21)의 블레이드 휠 챔버(22)에 대해 밀봉된다. 시일(50)은 방사 방향(RR)으로 예비 응력을 받아, 베어링 하우징(30)의 벽(32)에 고정되므로, 시일(50)은 베어링 하우징(30)에 대해 상대 회전 불가능하게 지지된다.As shown in FIG. 4, since the ring seal 50 is arranged in the form of a piston ring on the circumference of the shaft 40 ″, the inner chamber 31 of the bearing housing 30 is the blade wheel chamber of the turbine housing 21. The seal 50 is sealed against the bearing housing 30 because the seal 50 is prestressed in the radial direction RR and fixed to the wall 32 of the bearing housing 30. Relative rotation is supported.

강 또는 철-흑연-합금으로 제조된 시일(50)은 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면들(51", 52")과 상호 작용한다.The seal 50 made of steel or iron-graphite-alloy interacts with two mutually disposed rotating sealing faces 51 ", 52".

도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따라, 여기서는 하나의 동일한 밀봉면 재료로 제조된 2개의 밀봉 면(51", 52")이 함께 터보 기계(1)의 단일 밀봉면 부품, 즉 여기서는 샤프트(40")의 종방향 단부(41")에 고정된 슬리브(60")에 형성된다. 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면들(51", 52")은 슬리브(60") 내에 형성된 링 홈(53")의 측면 경계면으로서 형성된다.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 4, here two sealing faces 51 ″, 52 ″ made of one and the same sealing face material together have a single sealing face part of the turbomachine 1, ie here a shaft. Formed in a sleeve 60 "fixed to the longitudinal end 41" of 40 ". Two mutually disposed rotating sealing faces 51", 52 "are formed in a ring groove formed in the sleeve 60". It is formed as a side boundary surface of 53 ".

여기서는 특히 도 3의 실시예에 비해 약간 더 짧은 축방향 조립 공간이 생기는 장점이 있지만, 슬리브(60")에 의해 약간 커진 방사방향 조립 공간이 생긴다.While there is an advantage here, in particular, that there is a slightly shorter axial assembly space compared to the embodiment of FIG. 3, a slightly larger radial assembly space is created by the sleeve 60 ".

강 또는 철 기반의 합금으로 제조된 슬리브(60")는 샤프트(40")의 종방향 단부(41")를 지나 블레이드 휠 챔버(22) 내에까지 연장되고, 용접 시임(S")을 통해 샤프트(40")의 종방향 단부(41")와 연결된 블레이드 휠(25")의 연결 단부(26")는 슬리브(60") 내로 삽입되고, 특히 슬리브(60") 내로 유격 없이 압입된다.The sleeve 60 "made of a steel or iron based alloy extends past the longitudinal end 41" of the shaft 40 "and into the blade wheel chamber 22 and through the weld seam S". The connecting end 26 ″ of the blade wheel 25 ″ connected with the longitudinal end 41 ″ of 40 ″ is inserted into the sleeve 60 ″, in particular press freely into the sleeve 60 ″.

도 4에 나타나는 바와 같이, 2개의 밀봉면들(51", 52")의 밀봉면 재료[여기서는 슬리브(60")의 강 재료 또는 철 기반의 합금 재료]가 시일(50)과 블레이드 휠(25") 사이에 배치된 단열 분리 층(T")을 형성하고, 방사 방향(RR)으로 상기 분리 층의 두께(D")는 터보 기계(1)의 작동 중에 회전 마찰로 인해 용접 시임(S")에 나타나는 최대 온도가 블레이드 휠 재료(니켈 기반의 합금)의 융점보다 낮게 되도록 설정된다.As shown in FIG. 4, the sealing surface material of the two sealing surfaces 51 ", 52" (here steel material or iron-based alloy material of the sleeve 60 ") is the seal 50 and the blade wheel 25 Forming a thermally insulating separation layer T "disposed between " " and the thickness D " of the separation layer in the radial direction RR is weld seam S " due to rotational friction during operation of the turbomachine 1 ) Is set so that the maximum temperature, which is shown in Fig. 9), is below the melting point of the blade wheel material (nickel-based alloy).

시험 결과, 전술한 재료 조합의 사용시 분리 층(T")의 두께(D")가 시일(50)의 두께(B)에 대략 상응하거나 또는 더 큰 치수로 설정되어야 하는 것으로 나타났다.The test results show that the thickness D ″ of the separating layer T ″ should be set approximately to or greater than the thickness B of the seal 50 when using the aforementioned material combination.

1 : 터보 기계 10 : 터보 압축기
11 : 압축기 하우징 20 : 배기 가스 터빈
21 : 터빈 하우징 22 : 블레이드 휠 챔버
25 : 블레이드 휠 25' : 블레이드 휠
25" : 블레이드 휠 26 : 연결 단부
26' : 연결 단부 26" : 연결 단부
30 : 베어링 하우징 31 : 내부 챔버
32 : 벽 40 : 샤프트
40' : 샤프트 40" : 샤프트
41 : 종방향 단부 41' : 종방향 단부
41" : 종방향 단부
42 : 레이디얼 슬라이딩 베어링(회전 베어링)
43 : 스러스트 슬라이딩 베어링(회전 베어링)
50 : 시일 51 : 밀봉면
51' : 밀봉면 51" : 밀봉면
52 : 밀봉면 52' : 밀봉면
52" : 밀봉면 53 : 링 홈
53' : 링 홈 53" : 링 홈
60" : 슬리브 RR : 방사 방향
AR : 축 방향 S : 용접 시임
S' : 용접 시임 S" : 용접 시임
D' : 두께 D" : 두께
T' : 분리 층 T" : 분리 층
B : 시일의 두께1: turbo machine 10: turbo compressor
11: compressor housing 20: exhaust gas turbine
21 turbine housing 22 blade wheel chamber
25: blade wheel 25 ': blade wheel
25 ": Blade wheel 26: End of connection
26 ': connection end 26 ": connection end
30: bearing housing 31: inner chamber
32: wall 40: shaft
40 ': Shaft 40 ": Shaft
41: longitudinal end 41 ': longitudinal end
41 ": Longitudinal end
42: radial sliding bearing (rotary bearing)
43: thrust sliding bearing (rotary bearing)
50: seal 51: sealing surface
51 ': Sealing surface 51 ": Sealing surface
52: sealing surface 52 ': sealing surface
52 ": Sealing Side 53: Ring Groove
53 ': Ring groove 53 ": Ring groove
60 ": Sleeve RR: Radial Direction
AR: Axial S: Weld Seam
S ': Weld seam S ": Weld seam
D ': thickness D ": thickness
T ': Separation layer T ": Separation layer
B: thickness of seal

Claims (10)

베어링 하우징(30), 상기 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 내에 회전 가능하게 지지된 샤프트(40'; 40"), 용접 시임(S', S")을 통해 상기 샤프트(40'; 40")의 종방향 단부(41'; 41")와 재료 결합되며 상기 내부 챔버(31)의 외부에서 블레이드 휠 챔버(22) 내에 배치된 블레이드 휠(25'; 25") 및 상기 샤프트(40'; 40")의 원주에 배치되어 상기 내부 챔버(31)를 상기 블레이드 휠 챔버(22)에 대해 밀봉하는 시일(50)을 포함하고,
상기 시일(50)은 밀봉을 위해 2개의 서로 대향 배치된 회전 밀봉 면들(51', 52'; 51", 52")과 상호 작용하는 것인 터보 기계(1)에 있어서,
2개의 밀봉 면들(51', 52'; 51", 52") 중 하나 이상의 밀봉 면(51', 51")의 밀봉 면 재료가 상기 시일(50)과 상기 블레이드 휠(25';25") 사이에 배치된 분리 층(T'; T")을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 기계.A shaft (40 '; 40 ") rotatably supported in a bearing housing (30), an inner chamber (31) of the bearing housing (30), and the shaft (40') through welding seams (S ', S"); A blade wheel 25 '; 25 "and a shaft 40 that are materially engaged with the longitudinal ends 41';41" of the 40 "and disposed within the blade wheel chamber 22 outside of the inner chamber 31; 40; disposed on a circumference of 40 " to seal the inner chamber 31 against the blade wheel chamber 22;
In the turbomachine 1, the seal 50 interacts with two mutually opposite rotating seal faces 51 ′, 52 ′; 51 ″, 52 ″ for sealing.
The sealing face material of one or more of the sealing faces 51 ', 51 "of the two sealing faces 51', 52 ';51", 52 "is the seal 50 and the blade wheel 25';25". Turbo machine, characterized in that it forms a separation layer (T '; T ") disposed between. 제 1항에 있어서, 상기 2개의 밀봉 면들(51', 52'; 51", 52")이 하나의 동일한 밀봉면 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.Turbo machine according to claim 1, characterized in that the two sealing faces (51 ', 52'; 51 ", 52") are made of one and the same sealing face material. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2개의 밀봉 면들(51', 52'; 51", 52")은 함께 상기 터보 기계(1)의 단일 밀봉 면 부품에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the two sealing faces 51 ', 52'; 51 ", 52" are formed together in a single sealing face part of the turbomachine 1. . 제 3항에 있어서, 상기 밀봉 면 부품은 상기 샤프트(40')로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.4. A turbomachine according to claim 3, wherein the sealing face part is formed from the shaft (40 '). 제 3항에 있어서, 상기 밀봉 면 부품은 상기 샤프트(40")의 종방향 단부(41") 상에 고정된 슬리브(60")로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.4. The turbomachine according to claim 3, wherein the sealing face part is formed of a sleeve (60 ") fixed on the longitudinal end (41") of the shaft (40 "). 제 5항에 있어서, 상기 슬리브(60")는 상기 샤프트(40")의 상기 종방향 단부(41")를 지나 상기 블레이드 휠 챔버(22) 내로 연장되고, 상기 용접 시임(S")을 통해 상기 샤프트(40")의 상기 종방향 단부(41")와 연결된, 상기 블레이드 휠(25")의 연결 단부(26")가 상기 슬리브(60") 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.6. The sleeve (60) of claim 5 extends into the blade wheel chamber (22) past the longitudinal end (41 ") of the shaft (40") and through the weld seam (S "). Turbo machine, characterized in that the connecting end (26 ") of the blade wheel (25"), connected with the longitudinal end (41 ") of the shaft (40"), is inserted into the sleeve (60 "). 제 6항에 있어서, 상기 블레이드 휠(25")의 상기 연결 단부(26")는 상기 슬리브(60") 내로 유격 없이 압입되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.7. Turbomachinery according to claim 6, characterized in that the connecting end (26 ") of the blade wheel (25") is press-fitted into the sleeve (60 ") without play. 제 5항에 있어서, 상기 슬리브(60")는 강 또는 철 기반의 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.6. Turbomachinery according to claim 5, characterized in that the sleeve (60 ") is made of a steel or iron based alloy. 제 5항에 있어서, 상기 용접 시임(S")이 상기 블레이드 휠 챔버(22)와 상기 베어링 하우징(30)의 내부 챔버(31) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.Turbomachine according to claim 5, characterized in that the weld seam (S ") is disposed between the blade wheel chamber (22) and the inner chamber (31) of the bearing housing (30). 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용접 시임(S')은 상기 블레이드 휠 챔버(22) 내에 또는 직접 상기 블레이드 휠 챔버에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the weld seam (S ') is disposed within or directly adjacent to the blade wheel chamber (22).
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