KR20160030082A

KR20160030082A - 가변 구조 터빈

Info

Publication number: KR20160030082A
Application number: KR1020157032147A
Authority: KR
Inventors: 존 프레드릭 파커; 사이먼 데이빗 무어; 알리 소피안
Original assignee: 커민스 리미티드
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2016-03-16
Also published as: US9945286B2; KR101753198B1; EP2984299A1; WO2014167336A1; CN104334836B; EP2984299B1; US20150361875A1; CN104334836A

Abstract

가변 구조 터빈은 공극에 내장되는 구동 벽의 반경 방향 벽의 제1 면과 터빈 하우징의 대향 벽(facing wall) 사이에 정의되는 고리 형상 입구 통로를 포함한다. 반경 방향 벽은 제1 면에 대향하는 제2 면을 정의한다. 구동 벽 부재는 축 방향으로 공극 내측에 연장하고 대향하는 제3 면 및 제4 면을 정의하는 반경 방향 플랜지를 지지하는 고리 형상 플랜지를 포함한다. 반경 방향 플랜지는 반경 방향 제2 면 및 제3 면을 포함하는 공극 내의 제1 영역과 반경 방향 제4 면을 포함하는 공극 내의 제2 영역을 정의하도록 공극 내에 있는 고리 형상 슬리브를 밀봉한다. 제1 및 제2 영역은, 각각 반경 방향 베인 통로의 상류 및 하류에 있는 고리 형상 입구 통로의 영역들에 유체 연결된다.

Description

가변 구조 터빈{VARIABLE GEOMETRY TURBINE}

본 발명은 가변 구조 터빈에 관한 것이다.

터보차저(turbochargers)는 공기를 대기압보다 높은 압력(부스트 압력, boost pressures)으로 내연 기관의 흡입구에 보내는 장치로 잘 알려져 있다. 종래의 터보차저는 터빈 하우징 내의 회전 가능한 샤프트에 장착되는, 배출 가스로 구동되는 터빈 휠(turbine wheel)을 필수적으로 포함한다. 터빈 휠의 회전은, 압축기 하우징 내의 샤프트의 타단에 장착된 압축기 휠(compressor wheel)을 회전시킨다. 압축기 휠은 압축된 공기를 엔진 흡입 매니폴드로 보낸다. 터보차저 샤프트는 일반적으로(conventionally), 터빈과 압축기 휠 하우징 사이에서 연결된 중앙 베어링 하우징 내에 배치되되, 적절한 윤활 시스템을 포함하는, 저널 및 스러스트 베어링(journal and thrust bearings)에 의해 지지된다.

종래의 터보차저의 터빈 스테이지는(stage), 터빈 휠이 내장되는 터빈 챔버를 정의하는 터빈 하우징; 터빈 챔버를 둘러싸도록 배치되는 마주 보는 반경 방향 연장 벽들 사이에서 그 하우징 내에 정의된 고리 모양 입구 통로; 상기 입구 통로를 둘러싸도록 배치되는 입구; 및 상기 터빈 챔버에서 연장하는 출구 통로를 포함한다. 상기 통로와 챔버는 연통하므로, 상기 입구로 들어온 가압된 배출 가스가 입구 통로를 지나서 터빈 챔버를 통해 출구 통로까지 흘러서 터빈 휠을 회전시킨다. 입구 통로를 통해 터빈 휠의 회전 방향으로 흐르는 가스의 방향을 바꾸기 위해서 입구 통로에, 노즐 베인(vanes)으로 지칭되는, 베인들을 제공함으로써 터빈 성능을 향상시킬 수 있다고 알려져 있다.

이런 류의 터빈은 고정 또는 가변 구조 형일 수 있다. 엔진이 요구하는 바가 달라짐에 맞도록 터빈의 출력이 가변되도록 어떤 범위의 유속(mass flow rates)에 걸쳐 가스 유속을 최적화시킬 수 있게 입구 통로의 크기가 가변된다는 점에서 가변 구조 터빈은 고정 구조 터빈과 구별된다.

터보차저의 노즐 베인 구조들은 다양한 형태를 가질 수 있다. 슬라이딩 "노즐 고리"로 알려진 어떤 형태에서, 입구 통로를 가로질러 슬라이딩하는 축 방향 구동 벽에 베인들이 고정된다. 입구 통로를 차단하기 위해 축 방향 구동 벽이 대면 쉬라우드 판(facing shroud plate)을 향해 이동하고 그 과정에서 베인들은, 쉬라우드 판의 구멍들을 통과한다. 입구 통로의 폭을 조절하도록 쉬라우드(shroud)에 대한 노즐 고리의 상대 위치는 조정 가능하다. 예를 들어 터빈을 통해 흐르는 가스가 감소함에 따라 입구 통로 폭도 감소하여 가스 속도를 유지하고 터빈 출력을 최적화할 수 있다. 대안적인 구조에서 베인들은 고정 벽에서 연장하여, 축 방향 구동 쉬라우드 판에 구비된 슬롯들을 통과할 수 있다.

구동 벽은, 그것이 노즐 고리이든 쉬라우드 판이든, 터빈 휠의 회전 축에 평행하게 연장하는 로드들(rods)에 의해 일반적으로 지지되고 액추에이터에 의해 이동되는데, 액추에이터는 상기 로드들을 축 방향으로 이동시키도록 작동될 수 있다. 다양한 형태의 액추에이터들이 사용될 수 있는데, 예를 들면, 공압 액추에이터 또는 일반적으로 하우징 외부에 장착되는 모터 및 기어 트랜스미션이다. 액추에이터는, 베어링 하우징의 벽에 구비된 저널 베어링에 수용되며 별도 형성된 샤프트에 고정된 멍에(yoke)에 의해 노즐 고리 또는 쉬라우드 판에 체결될 수 있다. 멍에는 상기 샤프트와 함께 회전하고 두 개의 이격된 아암들(arms)을 정의하는데, 아암들은 터빈 축들의 양 측에 있는 샤프트로부터 멀어지도록 연장하여 지지 로드들의 일부분에 체결된다. 멍에는 적절한 체결 수단을 이용하여 지지 로드들에 작동 가능하게 체결될 수 있다. 하나의 비 한정적인(non-limiting) 예에서, 멍에의 각 아암의 단부는 핀을 구비하는데, 이 핀은 슬라이딩 블록 내로 연장하고 슬라이딩 블록은 또한 각각의 지지 로드 내에 정의된 슬롯에 수용된다. 이 특정 예에서, 액추에이터의 작동은 멍에와 샤프트가 샤프트의 축(axis)을 중심으로 회전(pivot)하게 하여 아암들에 있는 핀들이 원호를 그리도록 하고 이에 따라 블록들이 지지 로드들에 정의된 슬롯들 내에서 축 방향으로 이동하고 수직으로 슬라이딩하게 한다. 이에 따라 노즐 링 또는 쉬라우드 판의 축 방향 운동은 샤프트를 중심으로 하는 멍에의 회전에 의해 이루어진다. 본 발명의 특정 측면들의 일 목적은 가변 구조 터빈의 노즐 고리 또는 쉬라우드 판에 지지 로드들을 장착하는 대안적이거나 개선된 수단을 제공하는 것이다. 본 발명의 특정 측면들의 또 다른(further) 목적은 부품(component)을 터빈 하우징에 체결하는 대안적이거나 개선된 수단을 제공하는 것이다.

정상적인 엔진 구동 시에는, 입구 통로를 통해 흐르는 가스가 구동 벽의 반경 방향 면에 압력을 가하여 구동 벽, 예를 들면 노즐 고리가 입구 통로, 예를 들면 쉬라우드 판의 대향 벽(facing wall)으로부터 멀어지도록 힘을 가함으로써 입구 통로를 개방한다. 엔진 작동 중 어떤 시기에는 구동 벽을 입구 통로의 대향 벽에 더 가깝게 이동시켜 입구 통로의 축 방향 폭을 좁히고 공기 흐름의 속도를 증가시키는 것이 바람직하다. 열 관리(management) 사이클 (열 재생으로도 알려진) 동안 엔진은 일반적으로 유휴 상태에 있고 (at idle) 구동 벽은 대향 벽에 매우 가깝도록 배치되므로 정상적인 엔진 작동 상태에 비해 일반적으로 훨씬 좁은 터빈 입구 통로를 정의한다. 이 제한으로 인해 입구 통로를 통과하는 가스의 속도는 매우 증가하고 그에 따라 압력이 매우 낮아진다. 그 결과, 입구 통로를 가로질러 연장하는 노즐 베인들의 가스 상류(upstream)의 전-터빈(pre-turbine) 압력과 터빈에 영향을 주기 전 노즐 베인들의 가스 하류(downstream)의 압력 간에 큰 차이가 생긴다.

유럽 특허 제0654587호는 구동 노즐 고리에 있는 압력 균형 구멍들이 구비된 가변 구조 터빈을 개시하는데, 노즐 베인들의 상대적으로 높은 전-터빈 압력 상류에 있는 가스가 노즐 고리 뒤에 있는 공극(cavity)에 들어가게 한다. 이에 따라 노즐 고리 뒤에 있는 공극은 노즐 고리의 전면(front face)에 가해지는 압력과 실질적으로 동일한(다만 언제나 그보다 약간 작은) 압력에 있으므로 터빈 입구를 통과하는 가스에 의해 작지만 단방향(unidirectional)의 힘이 노즐 고리에 작동될 수 있다. 그러나 유럽 특허 제0654587호에 개시된 압력 균형 구멍들을 구비하더라도, 배출 밸브의 개폐에 의해 차량 엔진의 배출 매니폴드에 가해지는 배출 펄스(exhaust pulses)로 인해 터빈 입구 내의 압력이 변동함에 따라 노즐 고리에 가해지는 힘이 바람직하지 않게 변동(fluctuate)할 수 있음이 발견되었다. 이 문제를 해결하기 위해, 유럽 특허 제0654587호는 압력 균형 구멍들의 두 원주 방향 어레이들을 정의하는 구동 노즐 고리의 개발을 기술한다: 베인 통로 내의 제1 어레이 및 제1 어레이의 상류 또는 하류의 제2 어레이. 이 구조가, 특히 엔진 속도의 범위에 걸쳐 노즐 고리에 가해지는 낮은 평균 힘이 존재할 수 있게 함으로써, 원래의 압력 균형 구멍 구조에서 관찰되는 문제점들의 일부를 완화하였으나, 더 최근에 노즐 고리의 뒤에 있는 공극에 전달되는 압력이 노즐 고리의 축 방향 위치에 의존하므로 압력 균형 구멍들의 다중 어레이들의 크기와 배치를 매우 조심스럽게 해야만 한다는 점이 발견되었다. 또한 압력 균형 구멍들을 통한 압력 전달이 지연되어 다른 엔진 실린더들에 의해 야기되는 압력 펄스 전달의 시간 지연이 생김에 따라 노즐 고리를 가로 지르는 매우 큰 압력 변동 또는 진동이 발생한다.

본 발명의 일 목적은 구동 벽을 구비하는 가변 구조 터빈들과 관련하여 상술한 문제점들의 하나 이상을 해결하거나 약화시키는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따른 가변 구조 터빈이 제공되며, 이는 터빈 축을 중심으로 회전하도록 하우징에 내장되는 터빈 휠; 및 상기 터빈 휠을 향해 반경 방향 내측으로 연장하는 고리 형상 입구 통로;를 포함하고, 상기 고리 형상 입구 통로는 상기 하우징 내에 구비되는 공극에 내장되는 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽의 제1 면과 상기 하우징의 대향 벽 사이에 정의되고; 상기 구동 벽 부재는, 상기 고리 형상 입구 통로의 크기를 변화시키도록, 축 방향으로 구동 가능하며; 입구 가이드 베인들의 어레이가 상기 고리 형상 입구 통로를 가로질러 연장하여 반경 방향 베인 통로를 정의하며; 상기 구동 벽 부재의 상기 반경 방향 연장 벽은 상기 제1 면에 대향하는 반경 방향 제2 면을 정의하며; 상기 구동 벽 부재는, 축 방향을 따라 상기 공극 내로 연장하고, 서로 대향하는 제3 면과 제4 면을 정의하는 직경 방향 연장 플랜지를 지지하는, 고리 형상 플랜지를 더 포함하며; 상기 반경 방향 연장 플랜지는 상기 공극에 구비되는 고리 형상 슬리브를 밀봉하여 직경 방향 제2 면 및 제3 면을 포함하는 상기 공극 내의 제1 영역 및 상기 반경 방향 제4 면을 포함하는 상기 공극 내의 제2 영역을 정의하며; 상기 공극 내의 상기 제1 영역은 상기 반경 방향 베인 통로의 상류의 고리 형상 입구 통로의 구역(region)에 유체 연결되며; 상기 공극 내의 상기 제2 영역은 상기 반경 방향 베인 통로의 하류의 고리 형상 입구 통로의 영역에 유체 연결된다.

본 발명에 따른 구조에 의하면, 구동 벽 부재 뒤의 압력은 작동 중 베인 통로의 상류에서 전-터빈 압력으로 유지되는데, 이는 상대적으로 일정하다. 중요하게는, 이 압력은 입구 통로의 크기가 감소함에 따라 베인 통로 내부의 압력만큼 급격하게 변하지 않는다. 입구 통로로부터 구동 벽 부재 뒤로 필요한 압력 전달을 제공하는 압력 균형 구멍들을 선택하는 것보다 베인 통로의 상류에서 전-터빈 압력을 예측하고 "맞추는(match)" 것이 훨씬 쉬우므로, 이는 이점이다. 또한, 본 발명의 구조에 따르면, 엔진으로부터의 압력 펄스들이 터빈 입구 통로에 도달함과 동시에 구동 벽 뒤의 공극에 도달하므로 시간 지연이 없고, 따라서 이러한 펄스들에 의해 야기되는 진동도 거의 없다. 따라서, 구동 벽 부재를 가로지리는 유일한 압력 변화는 반경 방향으로 연장하는 "압력 균형(pressure balance)" 플랜지에 의해 이루어지는 것이고, 구동 벽 부재를 가로지르는 압력 전달 시 시간 지연에 따라 발생하는 압력 편차(variation)는 없다. 결국, 필요한 어떤 축 방향으로든 구동 벽 부재에 가해지는 균일한 힘을 예측하고, 중요하게는 유지하는 것이, 더 쉽다.

작동 중, 공극 내의 구동 벽 부재 뒤의 압력은 베인 통로의 상류의 전-터빈 압력이므로 베인 통로를 통해 흐르는 가스의 압력 감소로 인해 입구 통로 내의 압력보다 높다. 그러므로, 본 발명에 따른 압력 균형 구조가 없으면, 상대적으로 강력한 액추에이터가 없을 때 구동 벽이 강하게 닫히는 경향이 있을 것이다. 반경 방향으로 연장하는 "압력 균형" 플랜지는 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽의 반경 방향 제2 면(즉 후면)에 대향하는, 공극 내의 반경 방향 표면을 제공함으로써 이 경향을 감소시키므로 덜 강력한 액추에이터의 사용이 허용되는데, 그것은 더 작고, 더 가볍고 잠재적으로 더 저렴할 수 있다.

베인들의 외경 바깥의 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽의 일부의 양측에 가해지는 가스의 압력은 대략 같으므로, 구동 벽 부재를 닫으려는 경향이 있는 힘은 그 직경인 반경 방향 연장 벽 뒤의 가스 압력에 대비할 때 베인 통로 내의 감소된 압력에 의해 생성된다. 따라서, 바람직한 일 실시예에서, "압력 균형" 플랜지의 직경은 베인 통로의 직경보다 크지 않다. 즉, 축 방향 연장 플랜지로부터 "압력 균형" 플랜지가 반경 방향으로 연장하는 거리(extent)가 축 방향 연장 플랜지의 반경 방향 내측 표면으로부터 입구 통로를 가로질러 연장하는 베인들의 외경까지의 거리보다 크지 않은 것이 바람직하다.

구동 벽 부재 및/또는 하우징은 터빈을 향해 흐르는 가스가 구동 벽 부재 뒤의 공극에 유입하는 경로를 정의하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 그러한 가스는 상대적으로 높은 전-터빈 압력을 구동 벽 부재의 뒤에 전달하도록 구동 벽 부재의 반경 방향 외측 가장자리를 따라 흐를 수 있다. 대안적으로, 구동 벽 주재의 반경 방향 외측 가장자리는 공극 내로의 가스 흐름을 촉진하도록 구동 벽 부재에 의해 정의되는 하나 이상의 구멍들과 하우징에 대해 밀봉될 수 있다. 베인 통로의 상류에서 구동 벽 부재에 하나 이상의 구멍들이 정의되면 구멍들은 여전히 상대적으로 높은 전-터빈 압력을 공극에 전달할 것임을 이해할 수 있을 것이다.

반경 방향 연장 플랜지가 공극에 구비된 고리 형상 슬리브를 밀봉하도록 구성하면, 상대적으로 높은 전-터빈 압력을 플랜지의 대향하는 반경 방향 표면에 전달하는 것을 제한하는데, 그렇지 않으면 "압력 균형" 플랜지에 의해 제공되는 압력 상쇄(balancing) 기능이 무력화될 것이다.

일 실시예에서, 상대적으로 높은 전-터빈 압력으로 하여금 "압력 균형" 플랜지의 대향하는 반경 방향 표면에 도달하도록 하는 다른 유출 경로는 없다. 대안적인 바람직한 실시예에서, 유출 경로는 제1 영역 내에서 상대적으로 높은 전-터빈 압력을 가진 가스가 제2 영역으로 유입하여 제2 영역 내의 가스의 압력을 증가시키고 그에 따라 구동 벽 부재를 차단하는 데 필요한 힘을 감소시키는 것을 허용하도록 정의되는데, 그렇지 않으면 제1 영역 및 제2 영역 사이의 압력 편차가 너무 컸다면, 그것은 너무 높아졌을 수도 있다.

유출 경로는 어떤 적절한 방식으로도 정의될 수 있다. 슬리브는 제1 영역의 고압 가스가 제2 영역으로 흐르도록 허용하는 하나 이상의 구멍들을 정의할 수 있다. 구멍들 중 하나 이상은 구동 벽 부재가 매우 작은 입구 통로 폭들로 차단될 때, 예를 들면 구동 벽 부재와 하우징의 대향 벽 사이의 입구 통로의 축 방향 폭이, 완전히 개방되었을 때, 즉 구동 벽 부재가 공극 내로 완전히 후퇴할 때의 폭의 대략 20% 미만일 때 그것들이 단지 "활성(active)" 상태에 있도록 어느 위치에서 슬리브에 의해 정의될 수 있다. 구멍들 중 하나 이상은 입구 통로의 축 방향 폭이, 완전 개방되었을 때의 폭의 대략 10%가 되도록 구동 벽 부재가 연장되었을 때 단지 "활성" 상태에 있을 수 있다. 이에 따라, 입구 통로가 대략 10 내지 20% 이상 개방된 상태로 터빈이 작동하는 동안 제1 및 제2 영역은 서로 밀봉된다. 그 다음, 입구 통로가 대략 10 내지 20% 개방 상태 미만으로 차단될 때 두 영역들은 유체 연결된다. 두 영역들이 연결되면, 구동 부재를 공극 내로 밀어 넣으려는, 즉 입구 통로를 개방하려는 경향이 있는 힘이 감소된다.

이 구조가 낮은 공급 통로 폭들에서 입구 통로의 대향 벽에 대해 구동 벽 부재가 강하게 닫히게 하는 경향을 포함할 가능성을 낮추기 위해서, 공극 내의 제2 영역이 반경 방향 베인 통로의 하류의 고리 형상 입구 통로의 영역에 유체 연결된다. 공극 내의 제2 영역과 베인 통로 하류의 통로의 영역 사이에, 제어된 유출 흐름 경로가 정의되는 것이 바람직하다. 제어된 유출 흐름 통로는 바람직하게는 고리 형상 플랜지와 공극의 벽 사이에 정의된다. 제어된 유출 흐름 경로를 정의하기에 편리한 수단은 구동 벽 부재의 축 방향 연장 플랜지와 공극의 벽 사이의 밀봉 구조를 통하는 것이다. 이 밀봉재는 바람직하게는 "압력 균형" 플랜지와 슬리브 사이의 밀봉재의 반경 방향 내측으로 배치된다. 반경 방향 내측 밀봉재를 지나는 유출 흐름 경로는 어떤 편리한 방법으로도 정의될 수 있다. 예를 들면, 밀봉재의 반경 방향 크기(extent)는 밀봉재와 그것이 밀봉하는 구성 요소 (축 방향 연장 플랜지 또는 공극 벽) 사이의 소정의 반경 방향 유격을 정의하도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 밀봉재는 그것이 밀봉하는 구성 요소에 대향하는 그것의 외측 표면에 소정 크기를 가지는 홈들 또는 절개부들을 정의할 수 있다. 또 다른 예를 들자면, 축 방향 연장 플랜지의 반경 방향 내측 표면은, 각 밀봉재의 양 측면까지 연장함으로써, 가스가 흐르도록 내측 밀봉재를 지나는 작은 통로들을 형성하여, 베인들의 하류의 상대적으로 낮은 압력의 가스가 "압력 균형" 플랜지 뒤의 제2 영역으로 전달되게 하는, 하나 이상의 축 방향 연장 홈들을 정의할 수 있다. 하나 이상의 홈들은 터빈의 길이 방향 축에 상대적으로 기울어지거나 구동 벽 부재가 축 방향으로 움직이는 동안 각 밀봉재가 홈(들)을의 날카로운 단부를 가로 질러 지나도록 나선형(helical)이나 소용돌이 형상(spiral) 경로를 따를 수도 있는데, 이는 균일하고 신뢰성 있는 밀봉 상태를 유지하도록 할 수 있다. 다수의 구멍들이 사용되면, 인접한 홈들 사이의 축 방향 간격은 홈들 전체에 걸쳐 실질적으로 동일하거나 축 방향 간격은 한 쌍의 인접한 홈들에서 다른 한 쌍의 홈들까지 달라질 수 있다. 쌍을 이루는 홈들의 동일하지 않은 축 방향 간격은, 높은 순환 피로(cycle fatigue)와 같은, 터빈의 하나 이상의 성능 특성을 개선할 수 있다. 하나 이상의 홈들은 슬리브의 축 방향 크기(extent)의 일부를 따라서 연장할 수 있고, 또는 슬리브의 축 방향 크기 전체를 따라서 연장할 수 있다. 이에 따라, 구동 벽 부재의 모든 축 방향 위치들에서 "압력 균형" 플랜지의 뒤에 가해지는 압력을 조심스럽게 제어하는 것이 가능하다.

바람직한 일 실시예에서, 슬리브는 총 단면적이, 구동 벽 부재의 축 방향 연장 플랜지와 공극의 벽 사이의 밀봉재를 지나도록 정의되는 유출 흐름 경로의 총 단면적에 유사하거나 그보다 작은 하나 이상의 구멍들을 정의한다. "압력 균형" 플랜지와 슬리브 사이의 밀봉재를 지나는 유출 경로를 제공하는 슬리브의 구멍들의 크기들(dimenstions)과, 축 방향 연장 플랜지와 공극 사이의 밀봉재를 지나는 유출 경로를 정의하는 형태들(formations)은, 가스가 다양한 서로 연결된 영역들 사이에서 충분히 빠르게 흐름으로써 원하는 압력 상쇄(balancing) 효과를 얻고 잠재적으로 열 재상을 돕게 터빈 효율을 감소시킬 수 있게 보장하도록 선택되어야 한다. 이것들은 또한 시간 경과에 따라, 예를 들면 배출 입자들과 연료 부산물의 일반적인 축적(build up)에 의해 이것들이 막히지 않도록 선택되어야 한다. 마지막으로, 이것들은 또한 제2 영역, 즉 "압력 균형" 플랜지 뒤의 공간(volume) 내의 압력이, 구동 벽 부재를 개폐하는 경향이 있는 힘들의 균형이 작동 내내 대체로 일정한 상태로 있게 하도록, 일정 범위 내의 안정성을 도출할 수 있는 범위 내에 있도록 선택되어야 한다.

밀봉재들과 "압력 균형" 플랜지의 조합이 구동 벽 부재의 축 방향 위치에 따라 압력이 달라지는 세 개의 서로 연결된 영역들, 구동 벽 부재 뒤의 상대적 고압 영역; 베일 통로 하류의 상대적 저압 영역; 및 구동 벽 부재의 축 방향 위치에 민감한, "압력 균형" 플랜지 뒤의 공간 내의 중간 가변압 영역(intermediate, but varying, pressure region), 을 형성하는 것을 이해할 수 있을 것이다.

구동 벽 부재는, 그 반경 방향 표면이 하우징의 대향 벽(facing wall)에 대응하는 노즐 고리에 부착되는 베인들을 수용하기 위한 구멍들을 정의하는 쉬라우드일 수 있다. 대안적으로, 구동 벽 부재는, 그 반경 방향 표면이 하우징의 대향 벽에 대응하는, 쉬라우드 판에 의해 정의되는 구멍들에 수용되도록 베인들을 지지하는 노즐 고리일 수 있다. 어떤 구성 요소가 하우징의 대향 벽을 정의하든 상관 없이, 하우징의 대향 벽은 그 자체로 하우징에 고정될 수 있거나 이동 가능(moveable)할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명의 구동 벽 부재가 예를 들면 쉬라우드인 실시예에서, 베인들은 하우징에 고정되거나 이동 가능한 노즐 고리에 의해 지지된다. 본 발명의 구동 벽 부재가 베인들을 지지하는 노즐 링인 실시예에서, 구동 노즐 고리 상의 "압력 균형" 플랜지는 노즐 고리의 반경 방향 벽을 통하는 압력 균형 구멍들을 제공할 필요가 없게 할 수 있다. 대향 벽이 하우징에 고정될 때, 그것이 잠금 나사 체결구(locking screw connection)에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상보적인 잠금 나사 산들이 대향 벽에 연결되는 축 방향 연장 플랜지의 외측 원주 방향 표면과 하우징의 반경 방향 내측 대향면(radially inward facing surface) 또는 하우징에 고정되는 고리에 의해 정의될 수 있다.

하우징에 고정되는 대향 벽의 반경 방향 내측 부분(radially inner section)는 일부 또는 전체 작동 조건 동안 터빈 휠의 성능을 최적화하도록 터빈 휠의 형상에 기초하여 선택되는 프로파일을 가진 표면을 가질 수 있다. 대향 벽의 반경 방향 내측 부분의 표면이 터빈 휠의 반경 방향 외측 프로파일에 대응하는 프로파일을 가지는 것이 바람직하다. 대향 벽의 반경 방향 내측 부분의 프로파일을 터빈 휠의 외측 프로파일에 맞춤에 따라 터빈 휠과 대향 벽의 반경 방향 내측 부분 사이의 유격이 최소화될 수 있다. 이 유격을 최소화하면 가스가 터빈 휠의 회전에 기여하는 바 없이 터빈 휠의 상류의 입구 통로로부터 터빈 휠의 하류 터빈 출구 통로로 유출함에 따라 발생할 수 있는 터빈 효율의 손실을 줄인다.

본 발명의 제1 측면에 따른 바람직한 실시예에서, 구동 벽 부재는 고리 형상이고 터빈은 적어도 하나의 가이드 부재를 더 포함하는데, 구동 벽 부재와 적어도 하나의 가이드 부재 중 하나는 구동 벽 부재와 적어도 하나의 가이드 부재 중 다른 하나에 의해 정의되는 상보적인 형태(formation)를 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의함으로써, 고리 형상 구동 벽 부재를 적어도 하나의 가이드 부재에 장착하여 구동 벽 부재의 축 방향 운동을 일으켜서 고리 형상 입구 통로의 크기를 가변시킨다.

고리 형상 구동 벽 부재는 함께 고리 형상 채널을 정의하는, 축 방향 연장 장착 플랜지와 반경 방향 연장 장착 플랜지를 포함할 수 있다.

고리 형상 채널의 내경 및 외경으로부터 반경 방향으로 동일한 거리에 있는 고리 형상 채널의 중간-점(mid-point)(여기서는 "중간-직경(mid-diameter)"으로 지칭된다)는 베인 통로에 상대적으로 어떤 적절한 직경에도 배치될 수 있다. 또한, 고리 형상 채널은 어떤 적절한 반경 방향 거리(extent)로도 연장할 수 있다. 즉, 각 가이드 로드에 의해 정의되는 형태를 수용할 수 있다면 어떤 적절한 반경 방향 '깊이'도 가질 수 있다. 고리 형상 채널의 중간-직경은 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에, 베인 통로의 내경의 반경 방향 내측에 제공될 수 있고, 베인 통로의 내경 또는 외경에 또는 그에 인접하게 배치될 수 있다.

고리 형상 채널은 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 제공되거나 베인 통로의 내경의 반경 방향 내측에 구비될 수 있다.

대안적으로, 고리 형상 채널은 베인 통로 내에서 반경 방향에 있을 수 있다. 즉, 고리 형상 채널의 내경이 베인 통로의 내경의 반경 방향 외측에 있는 반면 고리 형상 채널의 외경은 베인 통로의 외경의 반경 방향 내측에 있을 수 있다.

또 다른 대안으로서, 고리 형상 채널이 반경 방향으로 베인 통로와 중첩할 수 있다. 이 경우, 고리 형상 채널은 베인 통로의 내경의 반경 방향 내측으로 연장하고/하거나 고리 형상 채널은 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측으로 연장할 수 있다.

고리 형상 구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는, 공극 내로 반경 방향을 따라 연장하는 고리 형상 플랜지보다 축 방향으로는 더 짧되 제3 면 및 제4 면을 정의하는 반경 방향 연장 플랜지를 지지하는, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지(radially outer axially extending annular flange)일 수 있다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 적어도 하나의 가이드 부재 상에 있는 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의하도록, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부(즉, 베인 통로로부터 가장 멀리 이격된 플랜지의 단부)로부터 반경 방향 내측으로 연장할 수 있다. 구조물(formation)은 적어도 하나의 가이드 부재의 축 방향 내측 단부 (즉, 베인 통로에 가장 가까운 적어도 하나의 가이드 부재의 단부)에 의해 정의되고/되거나 고리 형상 채널의 그것에 상보적 형상을 가진 원주 방향 연장 형태일 수 있다. 고리 형상 채널은 고리 형상 구동 벽 부재의 원주의 하나 이상의 부분들을 따라서, 또는 고리 형상 구동 벽 부재의 원주 전체를 따라 연장할 수 있다. 반경 방향 연장 장착 플랜지의 내경은 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측으로 있을 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재가 고리 형상 채널 내에서 맞물릴 때, 적어도 하나의 가이드 부재의 어느 부분의 최내측(innermost) 직경이든 베인 통로의 반경 방향 외측에 있을 수 있다. 결국, 고리 형상 구동 벽 부재가, 쉬라우드의 움직임 동안 베인들을 수용하는 베인 슬롯들(slots)을 정의하는 쉬라우드 판인, 실시예들에서, 베인 슬롯들을 통한 베인들의 슬라이드 수용(sliding receipt)은 구동 벽 부재에 장착되었을 때 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 방해 받지 않는다. 도 13A 내지 14D는 본 발명의 제1 측면의 실시예의 이 실시예에 따른 쉬라우드/액추에이터 로드 구조를 구체적인 실시예를 도시한다. 대안적으로, 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 배치된 하나 이상의 가이드 부재들을 채택하고자 할 때, 각 가이드 부재의 말단부(terminal section)에는 베인들의 베인 슬롯들로의 슬라이드 수용을 위한 공간을 제공하는 축 방향 연장 절개부가 제공될 수 있다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예들이 하기 도 19 및 20에 개시되는데, 도 20의 실시예는 축 방향으로 덜 짧은 반경 방향 외측 플랜지를 포함하지 않는 대신 반경 방향 내측 플랜지에 유사한 길이의 반경 방향 외측 플랜지를 포함하는 점을 주의해야 한다.

구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는, 공극 내에 축 방향으로 연장하는 고리 형상 플랜지에 유사한 축 방향 길이이되 제3 면 및 제4 면을 정의하는 축 방향 연장 플랜지를 지지하는, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지일 수 있다.

이 구조의 제1 버전(version)에서, 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널이, 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지의 한 부분에 의해 연결되는 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 반경 방향 연장 장착 플랜지의 사이에 배치되도록, 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부 사이에 있는 축 방향 연장 장착 플랜지의 한 지점으로부터 반경 방향 내측으로 연장한다. 쉬라우드, 고리 형상 벽 부재가 그러한 쉬라우드인, 에 의해 정의되는 베인 슬롯을 통한 베인들의 슬라이드 수용에 공간을 제공하도록 반경 방향으로 베인 통로와 중첩하는 축 방향 연장 유격을 정의하는 절개부를 적어도 하나의 가이드 부재에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예가 도 20에 도시된다.

이 구조의 제2 버전에서, 반경 방향 연장 장착 플랜지는 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 연장하고, 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부에 있는 축 방향 연장 장착 플랜지 사이에 있는, 축 방향 연장 장착 플랜지의 한 위치로부터 연장하는, 추가(further) 축 방향 연장 장착 플랜지가 제공됨으로써, 고리 형상 채널이 두 개의 축 방향 연장 장착 플랜지들과 그것들을 연결하는 축 방향 연장 장착 플랜지의 한 부분 사이에 배치된다. 이 버전에서 추가 축 방향 연장 장착 플랜지에 고리 형상 벽 부재의 축 방향 연장 벽의 외측에 축 방향으로 충분한 거리를 제공함으로써 고리 형상 벽 부재의 축 방향 연장 벽과 가이드 부재의 축 방향 내측 단부 사이에 충분한 공간을 제공하여 쉬라우드, 고리 형상 벽 부재가 그러한 쉬라우드일 때, 에 의해 정의되는 베인 슬롯들을 통한 베인들의 슬라이드 수용에 필요한 공간을 제공하는 것이 바람직하다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예가 도 21에 도시된다.

다른 실시예에서, 축 방향 연장 장착 플랜지는 구동 벽 부재의 외경의 반경 방향 내측인 직경으로 구동 벽 부재로부터 축 방향으로 연장하고, 반경 방향 연장 장착 플랜지는 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부에서 반경 방향 외측으로 연장한다. 다시, 고리 형상 채널은 고리 형상 구동 벽 부재의 원주 방향 길이 전체를 따라, 또는 단지 하나 이상의 부분들을 따라, 연장할 수 있다. 축 방향 연장 장착 플랜지는 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 있을 수 있다. 이 구조는, 고리 형상 구동 벽 부재가 베인들의 슬라이드 수용을 위한 베인 슬롯들을 정의하는 쉬라우드일 때 특히 바람직한데, 이는 적어도 하나의 가이드 부재가 쉬라우드의 베인 슬롯들을 통한 베인들의 움직임을 방해하지 않는 것이 보장되기 때문이다. 도 15A 내지 16C는 본 발명의 제4 측면의 이 실시예에 따른 쉬라우드/액추에이터 로드 구조의 구체적인 실시예를 도시한다.

적어도 하나의 가이드 부재를 구동 벽 부재에 연결하기 위한 또 다른 실시예에서, 구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는 고리 형상 구동 벽 부재에 또한 포함되는 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지 보다 축 방향으로 더 긴 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지에 연결된다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장할 수 있으므로 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의할 수 있다.

바람직한 일 실시예에서 축 방향 연장 장착 플랜지는 압력 균형 플랜지, 즉 제3 면 및 제4 면을 정의하는 반경 방향 연장 플랜지의 반경 방향 외측 단부로부터 연장한다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 내측으로 연장할 수 있다. 대안적으로, 이 반대의 구조도 사용될 수 있다. 즉, 축 방향 연장 장착 플래지는 압력 균형 플랜지의 반경 방향 내측 단부로부터 축 방향으로 연장할 수 있고 축 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 외측으로 연장할 수 있으므로, 고리 형상 채널은 선행(former) 구조와 함께 사용될 수 있는 축 방향 외측 연장 구조물에 대향하는 축 방향 내측 연장 구조물을 수용하도록 구성될 수 있다. 고리 형상 채널이 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지가 아니라 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지에 맞물린 구성 요소들에 의해 정의되는 이 실시예에서, 플랜지들 및/또는 가이드 부재(들)의 구조가 베인들이 쉬라우드, 고리 형상 구동 벽 부재가 그러한 쉬라우드인, 에 의해 정의된 베인 슬롯들 내로 수용되는 것을 방해할 우려가 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이 경우, 고리 형상 채널을 정의하는 축 방향 및 반경 방향 연장 장착 플랜지들이 그러한 위험성을 제거하도록 충분한 거리만큼 축 방향으로 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 고리 형상 채널을 정의하는 축 방향 및 반경 방향 연장 장착 플랜지들이, 쉬라우드가 하우징의 대향 벽에 가장 가까울 때, 즉 고리 형상 입구 통로가 최소 크기일 때, 베인들이 쉬라우드의 축 방향 외측으로부터 축 방향으로 돌출하는 거리(extent)보다 더 큰 축 방향 거리로 배치되는 것이 바람직하다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 가이드 부재는 바람직하게는 반경 방향 연장 오목부의 형태로 고리 형상 채널을 정의할 수 있다. 구동 벽 부재는 구동 벽 부재를 적어도 하나의 가이드 부재에 장착하도록 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 정의되는 고리 형상 채널을 수용하기 위한 반경 방향 연장 장착 플랜지를 정의할 수 있다. 구동 벽 부재는 구동 벽 부재의 반경 방향 벽으로부터 반경 방향 연장 장착 플랜지까지 연장하는 축 방향 연장 장착 플랜지를 더 포함할 수 있다. 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 장착 플랜지는 바람직하게는 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 정의되는 고리 형상 채널에 수용될 수 있을 정도의 크기를 가진 축 방향 두께를 가진다. 편리하게는, 반경 방향 연장 장차 플랜지는 고리 형상이고 축 방향 연장 장착 플랜지의 원주 방향 전체를 따라서, 또는 하나 이상의 부분을 따라서, 연장할 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재의 반경 방향 연장 오목부는 오목부에 수용되는 고리 형상 반경 방향 연장 장착 플랜지의 영역 또는 영역들의 그것에 상보적인 곡률을 가진, 터빈 축에서 보았을 때 아치 형상의(arcuate) 절개부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 고리 형상 구동 벽 부재는 적어도 구성 요소들의 최초 조립 동안에는, 또는 터빈에 조립되었을 때는 작동 내내, 적어도 하나의 가이드 부재에 대해 터빈 축을 중심으로 자유로이 회전할 수 있다. 이 체결 수단은 대다수 종래의 구조들에 비해 훨씬 간단하며 또한 적어도 하나의 가이드 부재들이 어떤 바람직한 각 위치(angular position)로도 구동 벽 부재에 장착될 수 있게 하는데, 이어서 구성 요소들을 서로에 대해 회전시킴으로써 간단히 조정될 수도 있다. 또한, 이는 구동 벽 부재/가이드 부재 부조립체(sub-assembly)가 하우징에 내장되도 여전히 구동 벽 부재의 회전을 허용함으로써 다른 터빈 구성 요소들의 후 조립체(subsequent assembly)를 수용할 수 있게 한다. 또한, 이 장착 구조는 가이드 부재(들)과 구동 벽 부재 사이의 차이가 있는 열 팽창을 수용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 터빈들에서는, 노즐 고리 또는 쉬라우드 판일 수 있는 구동 벽이 보통 터빈 휠의 회전 축에 평행하게 연장하는 로드들 상에 지지되고 로드들을 축 방향으로 이동시키도록 작동하는 액추에이터에 의해 움직인다. 가변 구조 터빈에서 로드들을 노즐 고리 또는 쉬라우드 판에 장착하기 위한 대안적이거나 개선된 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 측면에 따른 가변 구조 터빈이 제공되며, 이는 터빈 축을 중심으로 회전하도록 하우징에 내장되는 터빈 휠; 및 상기 터빈 휠을 향해 반경 방향 내측으로 연장하는 고리 형상 입구 통로;를 포함하고, 상기 고리 형상 입구 통로는 상기 하우징 내에 구비되는 공극에 내장되는 고리 형상 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽의 제1 면과 상기 하우징의 대향 벽 사이에 정의되고; 입구 가이드 베인들의 어레이가 상기 고리 형상 입구 통로를 가로질러 연장하여 반경 방향 베인 통로를 정의하며; 상기 고리 형상 구동 벽 부재는, 상기 고리 형상 입구 통로의 크기를 변화시키도록 축 방향을 따라 상기 고리 형상 구동 벽 부재를 이동시키는, 터빈 축에 실질적으로 평행한 방향을 따라 이동 가능한(translatable) 적어도 하나의 가이드 부재에 장착되며; 상기 고리 형상 구동 벽 부재를 상기 적어도 하나의 가이드 부재에 장착하도록, 상기 고리 형상 구동 벽 부재와 상기 적어도 하나의 가이드 부재 중 하나는 상기 고리 형상 구동 벽 부재와 상기 적어도 하나의 가이드 부재 중 다른 하나에 의해 정의되는 상보적인 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의한다.

본 발명의 제2 측면의 제1의 바람직한 실시예에서, 고리 형상 구동 벽 부재는 함께 고리 형상 채널을 정의하는 축 방향 연장 장착 플랜지와 반경 방향 연장 장착 플랜지를 포함한다.

고리 형상 구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는, 고리 형상 구동 벽 부재에 역시 포함되는 반경 방향 내측 축 방향 연장 플랜지(radially inner axially extending flange)보다 축 방향으로는 더 짧은, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지(radially outer axially extending annular flange)일 수 있다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의하도록, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부(즉, 베인 통로로부터 가장 멀리 이격된 플랜지의 단부)로부터 반경 방향 내측으로 연장할 수 있다. 구조물(formation)은 적어도 하나의 가이드 부재의 축 방향 내측 단부 (즉, 베인 통로에 가장 가까운 적어도 하나의 가이드 부재의 단부)에 의해 정의되고/되거나 고리 형상 채널의 그것에 상보적 형상을 가진 원주 방향 연장 구조물일 수 있다. 고리 형상 채널은 고리 형상 구동 벽 부재의 원주의 하나 이상의 부분들을 따라서, 또는 고리 형상 구동 벽 부재의 원주 전체를 따라 연장할 수 있다. 반경 방향 연장 장착 플랜지의 내경은 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측으로 있을 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재가 고리 형상 채널 내에서 맞물릴 때, 적어도 하나의 가이드 부재의 어느 부분의 최내측(innermost) 직경이든 베인 통로의 반경 방향 외측에 있을 수 있다. 결국, 고리 형상 구동 벽 부재가, 쉬라우드의 움직임 동안 베인들을 수용하는 베인 슬롯들(slots)을 정의하는 쉬라우드 판인, 실시예들에서, 베인 슬롯들을 통한 베인들의 슬라이드 수용(sliding receipt)은 구동 벽 부재에 장착되었을 때 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 방해 받지 않는다. 도 13A 내지 14D는 본 발명의 제2 측면의 실시예의 이 실시예에 따른 쉬라우드/액추에이터 로드 구조를 구체적인 실시예를 도시한다. 대안적으로, 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 배치된 하나 이상의 가이드 부재들을 채택하고자 할 때, 각 가이드 부재의 말단부(terminal section)에는 베인들의 베인 슬롯들로의 슬라이드 수용을 위한 공간을 제공하는 축 방향 연장 절개부가 제공될 수 있다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예들이 하기 도 19 및 20에 개시되는데, 도 20의 실시예는 축 방향으로 덜 짧은 반경 방향 외측 플랜지를 포함하지 않는 대신 반경 방향 내측 플랜지에 유사한 길이의 반경 방향 외측 플랜지를 포함하는 점을 주의해야 한다.

고리 형상 구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는, 고리 형상 구동 벽 부재에 역시 포함되는 반경 방향 내측 축 방향 연장 플랜지에 유사한 축 방향 길이인, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지일 수 있다.

이 구조의 제1 버전(version)에서, 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널이, 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지의 한 부분에 의해 연결되는 고리 형상 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 반경 방향 연장 장착 플랜지의 사이에 배치되도록, 고리 형상 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부 사이에 있는 반경 방향 외측 플랜지의 한 지점으로부터 반경 방향 내측으로 연장한다. 쉬라우드, 고리 형상 벽 부재가 그러한 쉬라우드인, 에 의해 정의되는 베인 슬롯을 통한 베인들의 슬라이드 수용에 공간을 제공하도록 반경 방향으로 베인 통로와 중첩하는 축 방향 연장 유격을 정의하는 절개부를 적어도 하나의 가이드 부재에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예가 도 20에 도시된다.

이 구조의 제2 버전에서, 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 외측 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 연장하고, 고리 형상 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지의 축 방향 외측 단부에 있는 반경 방향 연장 장착 플랜지 사이에 있는, 반경 방향 외측 플랜지의 한 위치로부터 연장하는, 추가(further) 반경 방향 연장 장착 플랜지가 제공됨으로써, 고리 형상 채널이 두 개의 반경 방향 연장 장착 플랜지들과 그것들을 연결하는 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지의 한 부분 사이에 배치된다. 이 버전에서 추가 축 방향 연장 장착 플랜지에 고리 형상 벽 부재의 축 방향 연장 벽의 외측에 축 방향으로 충분한 거리를 제공함으로써 고리 형상 벽 부재의 축 방향 연장 벽과 가이드 부재의 축 방향 내측 단부 사이에 충분한 공간을 제공하여 쉬라우드, 고리 형상 벽 부재가 그러한 쉬라우드일 때, 에 의해 정의되는 베인 슬롯들을 통한 베인들의 슬라이드 수용에 필요한 공간을 제공하는 것이 바람직하다. 이런 형태의 구조의 구체적인 실시예가 도 21에 도시된다.

다른 실시예에서, 축 방향 연장 장착 플랜지는 고리 형상 구동 벽 부재의 외경의 반경 방향 내측인 직경으로 고리 형상 구동 벽 부재로부터 축 방향으로 연장하고, 반경 방향 연장 장착 플랜지는 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부에서 반경 방향 외측으로 연장하여 함께 고리 형상 채널을 정의한다. 다시, 고리 형상 채널은 고리 형상 구동 벽 부재의 원주 방향 길이 전체를 따라, 또는 단지 하나 이상의 부분들을 따라, 연장할 수 있다. 축 방향 연장 장착 플랜지는 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 있을 수 있다. 이 구조는, 고리 형상 구동 벽 부재가 베인들의 슬라이드 수용을 위한 베인 슬롯들을 정의하는 쉬라우드일 때 특히 바람직한데, 이는 적어도 하나의 가이드 부재가 쉬라우드의 베인 슬롯들을 통한 베인들의 움직임을 방해하지 않는 것이 보장되기 때문이다. 도 15A 내지 16C는 본 발명의 제2 측면의 이 실시예에 따른 쉬라우드/액추에이터 로드 구조의 구체적인 실시예를 도시한다.

적어도 하나의 가이드 부재를 고리 형상 구동 벽 부재에 연결하기 위한 또 다른 실시예에서, 고리 형상 구동 벽 부재에 포함되는 축 방향 연장 장착 플랜지는 고리 형상 구동 벽 부재에 또한 포함되는 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지 보다 축 방향으로 더 긴 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지에 연결된다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장할 수 있으므로 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의할 수 있다. 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장하여 적어도 하나의 가이드 부재 상의 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의할 수 있다. 고리 형상 채널이 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지가 아니라 반경 방향 내측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지에 맞물린 구성 요소들에 의해 정의되는 이 실시예에서, 장착 플랜지들 및/또는 가이드 부재(들)의 구조가 베인들이 쉬라우드, 고리 형상 구동 벽 부재가 그러한 쉬라우드인, 에 의해 정의된 베인 슬롯들 내로 수용되는 것을 방해할 우려가 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이 경우, 고리 형상 채널을 정의하는 축 방향 및 반경 방향 연장 장착 플랜지들이 그러한 위험성을 제거하도록 충분한 거리만큼 축 방향으로 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 고리 형상 채널을 정의하는 축 방향 및 반경 방향 연장 장착 플랜지들이, 쉬라우드가 하우징의 대향 벽에 가장 가까울 때, 즉 고리 형상 입구 통로가 최소 크기일 때, 베인들이 쉬라우드의 축 방향 외측으로부터 축 방향으로 돌출하는 거리(extent)보다 더 큰 축 방향 거리로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 측면의 바람직한 제2 실시예에서, 적어도 하나의 가이드 부재는 바람직하게는 반경 방향 연장 오목부의 형태로 고리 형상 채널을 정의할 수 있다. 고리 형상 구동 벽 부재는 고리 형상 구동 벽 부재를 적어도 하나의 가이드 부재에 장착하도록 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 정의되는 고리 형상 채널을 수용하기 위한 반경 방향 연장 장착 플랜지를 정의할 수 있다. 고리 형상 구동 벽 부재는 구동 벽 부재의 반경 방향 벽으로부터 반경 방향 연장 장착 플랜지까지 연장하는 축 방향 연장 장착 플랜지를 더 포함할 수 있다. 고리 형상 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 장착 플랜지는 바람직하게는 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 정의되는 고리 형상 채널에 수용될 수 있을 정도의 크기를 가진 축 방향 두께를 가진다. 편리하게는, 반경 방향 연장 장차 플랜지는 고리 형상이고 축 방향 연장 장착 플랜지의 원주 방향 전체를 따라서, 또는 하나 이상의 부분을 따라서, 연장할 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재의 반경 방향 연장 오목부는 오목부에 수용되는 고리 형상 반경 방향 연장 장착 플랜지의 영역 또는 영역들의 그것에 상보적인 곡률을 가진, 터빈 축에서 보았을 때 아치 형상의(arcuate) 절개부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 고리 형상 구동 벽 부재는 적어도 구성 요소들의 최초 조립 동안에는, 또는 터빈에 조립되었을 때는 작동 내내, 적어도 하나의 가이드 부재에 대해 터빈 축을 중심으로 자유로이 회전할 수 있다. 이 체결 수단은 대다수 종래의 구조들에 비해 훨씬 간단하며 또한 적어도 하나의 가이드 부재들이 어떤 바람직한 각 위치(angular position)로도 구동 벽 부재에 장착될 수 있게 하는데, 이어서 구성 요소들을 서로에 대해 회전시킴으로써 간단히 조정될 수도 있다. 또한, 이는 구동 벽 부재/가이드 부재 부조립체(sub-assembly)가 하우징에 내장되도 여전히 구동 벽 부재의 회전을 허용함으로써 다른 터빈 구성 요소들의 후 조립체(subsequent assembly)를 수용할 수 있게 한다. 또한, 이 장착 구조는 가이드 부재(들)과 구동 벽 부재 사이의 차이가 있는 열 팽창을 수용할 수 있다.

구동 벽 부재는, 그 반경 방향 표면이 하우징의 대향 벽(facing wall)에 대응하는 노즐 고리에 부착되는 베인들을 수용하기 위한 구멍들을 정의하는 쉬라우드일 수 있다. 대안적으로, 구동 벽 부재는, 그 반경 방향 표면이 하우징의 대향 벽에 대응하는, 쉬라우드 판에 의해 정의되는 구멍들에 수용되도록 베인들을 지지하는 노즐 고리일 수 있다. 어떤 구성 요소가 하우징의 대향 벽을 정의하든 상관 없이, 하우징의 대향 벽은 그 자체로 하우징에 고정될 수 있거나 이동 가능(moveable)할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명의 구동 벽 부재가 예를 들면 쉬라우드인 실시예에서, 베인들은 하우징에 고정되거나 이동 가능한 노즐 고리에 의해 지지된다. 대멱 벽은 잠금 나사 체결구(locking screw connection)에 의해 하우징에 고정될 수 있다. 또한, 상보적인 잠금 나사 산들이 대향 벽에 연결되는 축 방향 연장 플랜지의 외측 원주 방향 표면과 하우징의 반경 방향 내측 대향면(radially inward facing surface) 또는 하우징에 고정되는 고리에 의해 정의될 수 있다.

전술한 바와 같이, 어떤 구성 요소를 터빈 하우징에 연결하는 대안적이거나 개선된 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 측면에 따른 가변 구조 터빈이 제공되며, 이는 이는 터빈 축을 중심으로 회전하도록 하우징에 내장되는 터빈 휠; 및 상기 터빈 휠을 향해 반경 방향 내측으로 연장하는 고리 형상 입구 통로;를 포함하고, 상기 고리 형상 입구 통로는 상기 하우징의 제1 및 제2 대향 벽들 사이에서 정의되고; 상기 하우징의 상기 제1 벽은, 축 방향 연장 플랜지를 더욱 정의하는 고리 형상 부재의 반경 방향 벽에 의해 정의되며, 상기 플랜지는, 상기 하우징의 벽 또는 상기 하우징에 연결되는 중간 부재(intermediate piece)에 의해 정의되는 상보적인 나사 산과 함께 상기 고리 형상 부재를 상기 하우징에 고정한다.

바람직한 일 실시예에서, 고리 형상 부재는 잠금 나사 체결구(locking screw connection)에 의해 하우징에 고정된다. 상보적인 나사 산들은 고리 형상 부재의 축 방향 연장 플랜지의 외측 원주 방향 표면과 하우징의 반경 방향 내측 대향 면(radially inward facing surface) 또는 하우징에 연결되는 중간재에 의해 정의될 수 있다. 이 구조의 실시예는 도 3A 및 3B에 도시된다.

본 발명의 제4 측면에 따른 터빈이 제공되며, 이는 터빈 축을 중심으로 회전하도록 하우징에 내장되는 터빈 휠; 및 상기 터빈 휠을 향해 반경 방향 내측으로 연장하는 고리 형상 입구 통로;를 포함하고, 상기 고리 형상 입구 통로는 상기 하우징의 제1 및 제2 대향 벽들 사이에서 정의되고; 상기 하우징의 상기 제1 벽은, 상기 하우징에 고정되는 고리 형상 부재의 반경 방향 벽 또는 상기 고리 형상 부재를 상기 하우징에 고정하도록 상기 하우징에 연결되는 중간재에 의해 정의된다.

상기 하우징에 고정되는 고리 형상 부재의 반경 방향 벽은, 하우징의 부분 또는 고리 형상 부재가 부착되는 중간재의 부분에 의해 정의되는 적절한 구조물들과 함께 작동하도록 하나 이상의 구조물들(formations) 또는 "반-전단부들(semi-shears)"을 정의할 수 있다.

다른 예를 들자면, 고리 형상 부재를 하우징에 고정하는 것은, 고리 형상 부재의 하나 이상의 영역들에 축 방향으로 가로 놓인 후 하우징, 또는 고리 형상 부재의 뒤쪽, 즉 축 방향 외측에 있는 중간재에 고정되는, 하나 이상의 고정 부재들(retaining members), 예를 들면 고정 고리들(retaining rings)에 의해 이루어지거나 도움을 받을 수 있다. 이 구조의 실시예는 도 4에 도시된다.

다른 실시예에서, 고리 형상 부재는 하우징에 의해 정의된 적절한 고리 형상 공극 내에서 지지될 수 있고 입구 통로를 통해 흐르는 가스의 압력은, 터빈의 작동 중에, 고리 형상 부재를 공극 내부의 제 자리에 고정함으로써 그것이 하우징에 고정되도록 돕는 데 이용되거나 채택될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 고리 형상 부재는, 예를 들어 구동 벽 부재를 수용하는 공극의 벽과 고리 형상 부재에 접촉하는 구성 요소 또는 고리 형상 부재에 연결되는 구성 요소 사이에 고정(held captive)될 수도 있는 접시 스프링과 같은 탄지 수단에 의해 생성되어 고리 형상 부재에 가해지는 힘에 의하여 터빈 하우징에 대해 고정(retained)될 수 있다. 이 실시예에 따른 구체적인 구조는 도 5A 및 5B에 도시된다.

고리 형상 부재를 터빈 하우징에 고정하기 위해 위에서 정의된 하나 이상의 수단은 단독으로 또는 하나 이상의 다른 수단, 본 발명의 제3 측면과 관련하여 전술한 나사 체결구를 포함하는, 과 함께 사용될 수 있다.

하우징에 고정되는 고리 형상 부재의 반경 방향 내측 부분은, 일부 또는 전체 작동 조건 동안 터빈 휠의 성능을 최적화하도록 터빈 휠의 형상에 기초하여 선택되는 프로파일을 가진 표면을 가질 수 있다. 고리 형상 부재의 반경 방향 내측 부분의 표면이 터빈 휠의 반경 방향 외측 프로파일에 대응하는 프로파일을 가지는 것이 바람직하다. 고리 형상 부재의 반경 방향 내측 부분의 프로파일을 터빈 휠의 외측 프로파일에 맞춤에 따라 터빈 휠과 고리 형상 부재의 반경 방향 내측 부분 사이의 유격이 최소화될 수 있다. 이 유격을 최소화하면 가스가 터빈 휠의 회전에 기여하는 바 없이 터빈 휠의 상류의 입구 통로로부터 터빈 휠의 하류 터빈 출구 통로로 유출함에 따라 발생할 수 있는 터빈 효율의 손실을 줄인다.

바람직한 일 실시예에서, 제2 벽은 하우징에 내장된 공극에 내장되는 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽이다. 구동 벽 부재는 고리 형사 입구 통로의 크기를 변화시키도록 축 방향으로 이동 가능하고/하거나 구동 벽 부재는 하우징에 내장되는 공극에 내에 회전 가능하게 장착되어 터빈 축을 중심으로 회전할 수 있는데, 이에 따라 회전 가능하게 장착된 벽 부재가 제1 벽에 상대적으로 회전하여 정렬될 수 있다.

반경 방향 베인 통로를 정의하도록 고리 형상 입구 통로를 가로질러 연장하는 입구 가이드 베인들의 어레이가 제공될 수 있다. 제2 벽은, 하우징에 고정되는 고리 형상 부재에 대응하는 노즐 고리에 부착되는 베인들을 수용하기 위한 구멍들을 정의하는 쉬라우드의 부분일 수 있다. 대안적으로, 제2 벽은 하우징에 고정되는 고리 형상 부재에 대응하는 쉬라우드에 의해 정의되는 구멍들에 수용되도록 베인들을 지지하는 노즐 고리의 부분일 수 있다. 어떤 구성 요소가 제2 벽을 정의하든지, 예를 들어 쉬라우드가 베인 슬롯들을 정의하고 노즐 고리가 베인들의 어레이를 지지하든지 상관 없이, 제2 벽이 하우징 내의 공극 내에 회전 가능하게 장착되어 제1 벽에 상대적인 그것의 각 위치(angular position)가 조정될 수 있어서 베인들이 각각의 슬롯들에 정확하게 수용됨으로써 터빈 작동 중 바람직하지 않은 마모나 끼임(jamming)을 회피하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 및/또는 제4 측면에 따른 터빈은 바람직하게는 가변 구조 터빈이다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 측면들에 따른 가변 구조 터빈을 포함하는 터보차저가 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 단지 예시로써 설명한다.
도 1은 터보차저의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 터빈의 일부를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 제3 측면에 따른 잠금 나사 체결구를 사용하여 터빈 하우징에 체결되는 노즐 고리를 개시한다 (노즐 고리 자체는 도 3A에 개시되고 터빈 하우징에 장착된 노즐 고리는 도 3B에 개시된다).
도 4는, 가스 흐름 통로가 슬리브(sleeve)에 의해 정의된, 도 2의 터빈의 일 실시예를 나타내는 개략 절개 사시도이다.
도 5는, 가스 흐름 통로가 슬리브의 대 직경부(larger diameter section)로 대체된, 도 4의 터빈의 대안적인 실시예를 나타내는 개략 절개 사시도이다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈에서 사용되는 가스 유출 통로들을 정의하는 쉬라우드(shroud)를 도시한다 (터빈에 장착된 쉬라우드는 도 6A에 도시되고 쉬라우드 자체는 도 6B에 도시된다).
도 7은 본 발명의 제1 측면에 따른 터빈에 사용되는 밀봉 고리(seal ring)의 제1 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈에 사용되는 밀봉 고리의 제2 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈에 사용되는 가스 유출 통로들을 정의하는 대 직경부를 구비한 쉬라우드를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈에 사용되는 가스 유출 통로들을 정의하는 테이퍼부(tapered section)를 구비한 쉬라우드를 도시한다.
도 11은, 바람직한 실시예에 따른 쉬라우드 및 쉬라우드 액추에이터 로드 조립체를 포함하는, 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈의 일부분의 개략 절개 단면도이다.
도 12A 및 도 12B는 도 11에 도시된 쉬라우드의 개략 사시도이다.
도 13A 내지 도 13D는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 바람직한 실시예에 따른 터빈에 사용되는 쉬라우드의 개략도이다.
도 14A 내지 도 14D는 도 13A 내지 도 13D에 도시된 쉬라우드와 함께 사용되는 액추에이터 로드의 개략도이다.
도 15A 내지 도 15D는 본 발명의 제1 및 제2 측면들의 더욱 바람직한 실시예에 따른 터빈에 사용되는 쉬라우드의 다른(further) 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 16A 내지 도 16C는 도 15A 내지 도 15D의 쉬라우드와 함께 사용되는 액추에이터 로드의 개략도이다.
도 17A 및 도 17B는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내에 장착되는 쉬라우드와 액추에이터 로드 조립체의 다른 구조(further design)을 각각 나타내는 개략 단면도 및 개략 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내에 장착되는 쉬라우드와 액추에이터 로드 조립체의 대안적인 구조를 나타내는 개략 사시도이다.
도 19는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내에 장착되는 쉬라우드와 액추에이터 로드 조립체의 또 다른 구조를 나타내는 개략 사시도이다.
도 20은 도 19의 쉬라우드/액추에이터 로드 조립체의 변형례(modified version)를 나타낸다.
도 21은 도 19의 쉬라우드/액추에이터 로드 조립체의 대안적인 변형례를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내의 터빈 하우징에 노즐 고리를 고정시키는 데에 사용되는 고정 고리 배치(retaining ring arrangement)를 나타내는 개략 절개 사시도이다.
도 23A 및 도 23B는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내의 터빈 하우징에 노즐 고리를 고정시키기 위한 접시 스프링 구조(disc spring arrangement)를 나타내는 개략 단면도 및 사시도이다.
도 24는 본 발명의 제1 및 제2 측면들에 따른 터빈 내에 장착되는 쉬라우드와 액추에이터 로드 조립체의 또 다른 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 25는 도 24에 도시된 쉬라우드와 액추에이터 로드 조립체를 포함하는 본 발명의 제5 측면에 따른 터보차저의 부분 절개 개략 사시도이다.

도 1을 참조하면, 중앙 베어링 하우징(3)을 통해 서로 연결되는 가변 구조 터빈 하우징(1)과 압축기 하우징(2)을 포함하는 알려져 있는 가변 구조 터보차저가 개시된다. 터보차저 샤프트(4)가 터빈 하우징(1)으로부터 베어링 하우징(3)을 거쳐 압축기 하우징(2)까지 연장한다. 터빈 휠(5)은 터빈 하우징(1) 내에서 회전하도록 샤프트(4)의 일단에 장착되고, 압축기 휠(6)은 압축기 하우징(2) 내에서 회전하도록 샤프트(4)의 타단에 장착된다. 샤프트(4)는 베어링 하우징(3) 내에 배치되는 베어링 조립체들 상의 터보차저 축(4a)을 중심으로 회전한다.

터빈 하우징(1)은 입구 와류실(inlet volute, 7)을 정의하는데, 내연 기관(미도시)으로부터 가스가 입구 와류실로 전달된다. 배출 가스는 고리 형상 입구 통로(annular inlet passageway, 9) 및 터빈 휠(5)를 통해 입구 와류실(7)로부터 축 방향 출구 통로(axial outlet passageway, 8)로 흐른다. 입구 통로(9)는 이동 가능한(movable) 고리 형상 벽 부재(annular wall member, 11)의 반경 방향 벽의 한 쪽 표면에 의해 일 측에서 정의되고, 노즐 고리(nozzle ring, 10)로도 지칭되며 고리 형상 쉬라우드(12)를 바라보는 입구 통로(9)의 벽을 형성하는, 제2 벽 부재에 의해 반대 측에서 정의된다. 쉬라우드(12)는 고리 형상 벽 부재(11)의 고리 형상 오목부(annular recess, 13)를 정의한다.

노즐 고리(10)는 원주 방향으로 등 간격으로 배치된 입구 베인들(inlet vanes, 14)의 어레이를 지지하는데, 각 베인은 입구 통로(9)를 가로질러 연장한다. 베인들(14)은 입구 통로(9)를 통해 흐르는 가스의 방향을 터빈 휠(5)의 회전 방향으로 바꾸도록 방향지워진다(orientated). 고리 형상 쉬라우드(15)가 노즐 고리(10)에 근접할 때 베인들(14)은 쉬라우드(12)에 적절하게 형성된 슬롯들을 통해 오목부(13) 내로 돌출한다.

고리 형상 벽 부재(11)의 위치는 미국 특허 제5,868,552호에 개시된 형태의 액추에이터 조립체에 의해 제어된다. 액추에이터(미도시)는, 멍에(yoke, 15)에 연결된 액추에이터 출력 샤프트(미도시)를 통해 고리 형상 벽 부재(11)의 위치를 조정하도록 작동한다. 멍에(15)는 또한 고리 형상 벽 부재(11)를 지지하는 축 방향 연장 액추에이팅 로드들(axially extending actuating rods, 16)에 맞물린다. 따라서 액추에이터(예를 들면, 공압식(pneumatic), 유압식(hydraulic) 또는 전기식)의 적절한 제어에 의해 로드들(16)과 더 나아가 고리 형상 벽 부재(11)의 축 방향 위치가 제어될 수 있다. 터빈 휠(5)의 속도는 고리 형상 입구 통로(9)를 통과하는 가스의 속도에 의존한다. 입구 통로(9)에 유입하는 가스의 유속이 고정된 경우, 가스 속도는 입구 통로(9)의 폭의 함수인데, 이 폭은 고리 형상 벽 부재(11)의 축 방향 위치를 제어함으로써 조정 가능하다. 입구 통로(9)에 유입하는 가스의 유속이 고정된 경우, 베인들(14)이 통로(9)를 막는 시점까지는, 입구 통로(9)의 폭이 좁을수록 입구 통로(9)를 통과하는 가스의 속도는 빨라진다. 도 1은 고리 형상 입구 통로(9)가 완전히 개방된 상태를 도시한다. 고리 형상 벽 부재(11)의 고리 형상 쉬라우드(12)를 움직임으로써 입구 통로(9)를 최소값까지 닫을 수 있다. 고리 형상 벽 부재(11)의 고리 형상 쉬라우드(12)와 노즐 고리(10)의 간격(separation)이 최소값일 때(이에 따라 입구 통로의 폭이 최소값일 때), 고리 형상 벽 부재(11)는 폐쇄 위치에 있다(in a closed position)고 지칭된다.

고리 형상 벽 부재(11)는, 터빈 하우징(1) 내에 구비되는 고리 형상 공극(annular cavity, 19)으로 연장해 들어가는, 축 방향으로 연장하는 반경 방향 내측 및 외측 고리 형상 플랜지들(axially extending radially inner and outer annular flanges, 17, 18)을 포함한다. 내측 및 외측 밀봉 고리들(Inner and outer sealing rings, 20, 21)이 제공되어 고리 형상 벽 부재(11)를 고리 형상 공극(19)의 내측 및 외측 고리 형상 면들 각각에 대해 밀봉하되, 고리 형상 벽 부재(11)는 고리 형상 공극(19) 내부에서 슬라이드 가능하게 한다. 내측 밀봉 고리(20)는 공극(19)의 반경 방향 내측 고리 형상 면에 형성된 고리 형상 홈(groove) 내에서 지지되어 고리 형상 벽 부재(11)의 내측 고리 형상 플랜지(17)를 지탱한다. 외측 밀봉 고리(20)는 공극(19)의 반경 방향 외측 고리 형상 면에 형성된 고리 형상 홈(groove) 내에서 지지되어 고리 형상 벽 부재(11)의 외측 고리 형상 플랜지(18)를 지탱한다.

입구 와류실(7)로부터 출구 통로(8)로 흐르는 가스는 터빈 휠(5)를 거쳐 가는데 그에 따라 샤프트(4)에 토크가 가해져서 압축기 휠(6)이 구동된다. 압축기 하우징(2) 내에서 압축기 휠(6)이 회전함에 따라 공기 입구(22)에 있는 외기(ambient air)가 가압되고 가압된 공기는 출구 와류실(23)에 전달되며 그로부터 내연 기관(미도시)에 공급된다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 유사하되 본 발명에 따른 압력 균형 구조(pressure balancing arrangement)를 포함하는 터빈의 일부분을 나타내는 개략 단면도이다. 이 구체적인 실시예에서, 압력 균형 구조는 고리 형상 쉬라우드와 맞물린다. 도 1에 도시된 것들에 대응하는, 도 2에 도시된 터빈의 구성 요소들은 도 2의 도면 부호와 동일한 도면 부호를 취하되 100씩 늘어난다.

도 1에 도시된 바와 마찬가지로, 도 2, 3A 및 3B에 도시된 구조에서, 터빈 하우징(101)에 의해 정의된 공극(101b)에 수용되는 중간 고리(intermediate ring, 101a)에 의해 노즐 고리(110)는 터빈 하우징(101)에 고정된다. 대안적인 실시예들에서 중간 고리(101a)가 생략되고 하우징(101)의 반경 방향 내측 대향면(radially inward facing surface)에 의해 정의되는 나사산이 요구될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 노즐 고리(110)는 원주 방향으로 이격된 입구 베인들(114)의 어레이를 지지하는데, 각 베인은 입구 통로(109)를 가로질러 연장한다. 본 실시예에서 노즐 고리(110)는 터빈 하우징(101)에, 노즐 고리(110)의 축 방향 연장 플랜지(110c)의 외측 원주 방향 면(110b)에 의해 정의되는 잠금 나사 체결구(locking screw connection)로 고정된다. 그러나 후술하는 바와 같이 어떤 편리한 수단이든 사용 가능하다.

도 2를 다시 참조하면, 베인들(114)은 입구 통로(109)를 통해 화살표(X) 방향을 따르는 가스 흐름의 방향을 터빈 휠(도 2에는 미도시됨)의 회전 방향으로 바꾸도록 방향지워진다. 고리 형상 쉬라우드(112)가 노즐 고리(110)에 근접할 때 베인들(114)은 쉬라우드(112)에 적절하게 형성된 슬롯들(미도시)을 통해 돌출한다.

도 2에 도시된 실시예에서, 쉬라우드(112)는, 도 1에 도시된 종래의 쉬라우드(12)와 유사한 반경 방향 내측 및 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지들(radially inner and outer axially extending annular flanges, 117, 118)을 포함하되, 도 2에 도시된 실시예의 외측 고리 형상 플랜지(118)는 도 1에 도시된 종래의 구조의 일부를 이루는 외측 고리 형상 플랜지(18)보다 짧다. 또한, 고리 형상 림(rim, 124)이 외측 고리 형상 플랜지(118)의 외측 단부(outboard end)로부터 내측으로 반경 방향을 따라 연장함으로써 연속된 고리 형상 채널을 정의한다. 이 채널은 한 쌍의 액추에이터 로드들(미도시)의 내측 단부(inboard end)에 의해 정의되는 원주 방향으로 연장되는 구조물(formation)을 수용하도록 쉬라우드(112)의 원주를 일주하도록 연장한다(extending around the full circumference). 이에 따라 액추에이터 로드들은, 최초 조립 중 및 사용 중에, 반경 방향 및 원주 방향으로 자유롭게 유동하는 상태로 있다. 이는 대부분의 종래 구조들에 비해 훨씬 덜 복잡한 방법으로 액추에이터 로드들을 쉬라우드(112)에 연결할 수 있게 한다. 이는 또한 액추에이터 로드들이 어떤 바람직한 각위치(angular position)에서든 쉬라우드(112)에 조립될 수 있게 하며, 이는 이후 쉬라우드(112) 및/또는 액추에이터 로드들을 서로에 대해 단지 회전시킴으로써 조정될 수 있다. 또한, 이는 쉬라우드(112)/액추에이터 로드 부조립체(sub-assembly)가 베어링 하우징(103) 내에 장착될 수 있게 하되 쉬라우드(112)의 회전을 여전히 허용하여, 쉬라우드(112)에 의해 정의되는 슬롯들과 정확하게 정렬되어야 하는, 이후 노즐 고리(110)와 그에 맞물린 베인들(114)의 조립을 허용한다. 조립 동안에 노즐 고리(110)에 대해 쉬라우드(112)를 회전시키는 능력을 보유함으로써 이들 두 구성 요소들을 정확하게 조립하고 정렬하는 공정을 아주 용이하게 만들었다. 또한, 이 방식으로 액추에이터 로드들을 쉬라우드(112)에 연결하여 터보차저의 사용 내내 상대적인 반경 방향 및 원주 방향 움직임을 허용함으로써 액추에이터 로드들과 쉬라우드(112) 사이의 차이가 있는 열 팽창을 수용할 수 있는 이들 두 구성 요소들의 단순하지만 혁신적인 결합 방법이 제공된다. 내측으로 연장하는 고리 형상 림(124)은 충분히 멀리까지 연장해야 적절한 크기를 가진 고리 형상 채널을 정의하여 액추에이터 로드(들)의 단부가 그것에 견고하게 고정될 수 있으나, 쉬라우드(112)에 의해 정의된 베인 슬롯들을 막거나 액추에이터 로드(들)이 베인 슬롯들을 막게 할 정도로 반경 방향으로 멀리 연장해서는 안 된다. 따라서, 고리 형상 채널은 베인 슬롯들의 외경의 외부, 즉 반경 방향 외측에 정의되어야 하고, 그에 따라 베인들(114)의 어레이에 의해 베인 통로가 정의된다.

이하에서 다른 쉬라우드/액추에이터 로드 조립체들의 구체적인 실시예들을 자세히 기술한다. 쉬라우드/액추에이터 로드 조립체의 어떤 실시예든 기술된 다른 압력 균형 구조들의 어떤 실시예 및/또는 노즐 고리를 하우징에 장착하는 수단과 함께 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 나아가, 쉬라우드에 연결되는 것으로 여기 기술된 액추에이터 로드 조립체의 각 실시예는 또한 노즐 고리가 하우징에 상대적으로 움직일 수 있는 구조들, 쉬라우드가 하우징에 상대적으로 고정된 구조들을 포함하되 이들에 한정되지는 않는 구조들에서 노즐 고리의 움직임을 제어하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

도 2를 다시 참조하면, 내측 고리 형상 플랜지(117)의 외측 단부에 반경 방향 연장 플랜지(125)가 구비되어 고리 형상 분할(split) 밀봉 고리(127)를 수용하는 고리 형상 홈(126)을 정의한다. 밀봉 고리(127)는 원통형 슬리브(cylindrical sleeve, 128)에 접촉하는 크기로 이루어지는데(dimensioned), 원통형 슬리브(128)는 베어링 하우징(103)으로부터 축 방향을 따라 고리 형상 오목부(annular recess, 113) 내로 연장함으로써 밀봉 고리(127)와 원통형 슬리브(128) 사이의 유체 흐름을 제한한다. 슬리브(128)는 한 쌍의 작은 원형 구멍들(circular apertures, 129)을 정의하는데 이 구멍들은, 터빈 샤프트(미도시)의 반경에 대해 기울어진 방향을 따라 슬리브(128)의 반경 방향 두께를 통해 연장한다. 어떤 개수의 구멍들(129)이든 사용될 수 있고 각 구멍은 어떤 적절한 크기와 형상일 수 있다. 나아가, 구멍들(129)은 어떤 적절한 방향으로든, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 직선적으로(linearly), 또는 비직선적으로(non-linearly), 또는 반경 방향으로(radially), 슬리브(128)의 반경 방향 두께를 통해 연장할 수 있다. 또한, 각 구멍의 단면은 그 길이를 따라 일정할 수도 있고, 예를 들면 슬리브의 반경 방향 외측 표면으로부터 슬리브의 반경 방향 내측 표면까지 큰 값에서 작은 값으로 테이퍼지는 것처럼, 또는 그 반대처럼, 달라질 수도 있다. 구멍들(129)은, 예를 들면, 이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 쉬라우드(112)의 어떤 축 방향 위치들처럼, 어떤 작동 조건들에서 밀봉 고리(127)를 지나는 유출 경로(leakage path)를 정의하도록 정의된다. 도 4 및 도 5에는 이 구조의 두 개의 다른 구체적인 실시예들이 개시되는데, 명확함을 위해, 도 2에 개시된 것과 유사한 부분들에는 동일한 도면 부호를 가진다. 도 4에서, 슬리브(128)는, 쉬라우드(112)가 폐쇄 위치(closed position)로, 즉 도 4의 왼쪽에서 오른쪽으로, 이동될 때 영역 A4와 영역 A5를 유체 연결(fluidly connect)하기 위해서 슬리브(128)의 반경 방향 두께를 통하는 일련의 구멍들(129)을 정의한다. 도 5에서, 슬리브(128)의 구멍들(129)은 확대된 내경(internal diameter)을 가진 슬리브(128)의 구역(section, 160)으로 대체된다. 이에 따라, 쉬라우드(112)가 폐쇄 위치를 향해 움직임에 따라 (다시 도 5의 왼쪽으로부터 오른쪽으로) 밀봉 고리(127)는 슬리브(128)의 구역(161)을 밀봉하던 위치에서 밀봉 고리(127)와 슬리브(128)의 구역(160) 사이의 반경 방향 유격(clearance)을 정의하는 위치로 이동됨으로써 영역 A4와 영역 A5를 유체 연결한다.

다시 도 2를 참조하면, 쉬라우드(112)가 내측에 장착되는 고리 형상 오목부(recess, 113)를, 부분적으로(in part), 정의하는 베어링 하우징(103)의 축 방향 연장 벽(131)과 내측 고리 형상 플랜지(117)의 사이에 추가 분리 밀봉 고리(further split seal ring, 130)가 구비된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 벽(131)은 밀봉 고리(130)을 수용하도록 고리 형상 홈(groove, 132)을 정의하여, 쉬라우드(112)가 축 방향으로 이동하는 동안 쉬라우드(112)의 내측 고리 형상 플랜지(117)가 밀봉 고리(130)의 반경 방향 외측 가장자리(edge)를 넘어서 가도록(runs over) 한다. 대안적인 실시예에서, 내측 고리 형상 플랜지(117)는 밀봉 고리(130)를 수용하도록 고리 형상 홈(groove)을 정의하여, 쉬라우드(112)가 축 방향으로 이동하는 동안 밀봉 고리(130)의 반경 방향 내측 가장자리가 베어링 하우징(103)의 벽(131)을 넘어가도록 할 수 있다. 이러한 밀봉 구조는, 이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같은 이유로, 어떤 편리한 방법으로든 구현될 수 있는, 밀봉 고리(130)를 가로지르는 유출 흐름 경로(leakage flow path)를 정의하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 고리(130)의 반경 방향 크기(radial extent)는 밀봉 고리(130)와 내측 고리 형상 플랜지(117) 사이의 소정의 반경 방향 유격을 정의하도록 선택될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 밀봉 고리(130)는 소정의 크기(dimension)을 가지는 홈들(grooves)이나 절개부들(cut-out sections)을 정의할 수도 있다. 추가적인 예를 들자면, 내측 고리 형상 플랜지(117)의 표면은 밀봉 고리(130)의 양측까지 연장하는 하나 이상의 축 방향 연장 홈들(axially extending grooves)을 정의할 수 있다. 홈들은 터빈의 길이 방향 축에 상대적으로 기울어지거나 쉬라우드(112)가 축 방향으로 움직이는 동안 균일하고 신뢰성 있는 밀봉 상태를 유지하도록 나선형(helical)이나 소용돌이 형상(spiral) 경로를 따를 수도 있다. 구체적인 실시예들이 도 6A 내지 도 10에 개시되어 있다. 도 6A 및 도 6B에서 복수의 축 방향 연장 홈들(162)이 내측 고리 형상 플랜지(117)의 반경 방향 내측 면에 의해 정의된다. 그러나 대안적인 실시예들은, 적절하다면, 단일한 반경 방향 연장 홈을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 7 및 도 8은 밀봉 고리(130)의 대안적인 실시예들을 개시하는데, 이는, 내측 고리 형상 플랜지(117)와 함께, 유체가 영역(A5)으로부터 영역(A3)로 흐르는 방식을 제어하도록 특정한 속성을 가진 유체 흐름 통로들을 형성하도록 특정한 구조를 가진 반경 방향 유격들을 정의하는 각각 바람직한 형태를 가진 원주 방향 연장 단절부들(circumferentially extending discontinuities, 163, 164)을 포함하도록 도 2에 도시된 종래의 분리 밀봉 고리 버전(version)으로부터 변형된 것이다. 또 다른 대안적인 실시예가 도 9에 개시되는데, 여기서 쉬라우드(112)의 내측 고리 형상 플랜지(117)는 내측 고리 형상 플랜지(117)의 축 방향 내측 및 외측 단부들에 비해 확대된 직경을 가진 영역(165)를 정의하는 한편 밀봉 고리(130)를 지나는 유체 유출 흐름 경로(fluid leakage flow path)를 정의한다. 도 10은 또 다른 선택 사항을 도시하는데, 여기서 내측 고리 형상 플랜지(117)의 내경(inner diameter)이, 베어링 하우징에 인접한 단부로부터, 입구 통로(109)에 가장 가까운, 터빈 하우징에 인접한 단부까지 선형적으로 증가한다. 이것들이 단지 유체 유출 흐름 경로가 밀봉 고리(130)를 지나서 형성되는 몇몇 방법들을 나타낸다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 쉬라우드(112)와 베어링 하우징(103)은 터빈을 향해 흐르는 가스가 쉬라우드(112) 뒤에 있는 고리 형상 오목부(113)로 흘러들어가는 경로를 정의하도록 배열된다. 이에 따라, 그러한 가스는 상대적으로 짧은 외측 고리 형상 플랜지(118)를 따라 흘러서 쉬라우드(112)의 뒤에 상대적으로 높은 전-터빈(pre-turbine) 압력을 가할 수 있다. 대안적인 구조에서, 도 11, 12A 및 12B에 개시된 바와 같이, 쉬라우드(112)는 밀봉 고리(166)에 의해 베어링 하우징(103)에 대해 밀봉될 수 있는 상대적으로 긴 외측 고리 형상 플랜지(118) 및 베인 통로의 외경(outer diameter)의 상류(upstream)의 쉬라우드(112) 에 의해 정의되는 복수의 구멍들(167)을 포함함으로써 전-터빈 압력을 가진 가스 흐름이 고리 형상 오목부(113)에 흘러들어가는 것을 촉진할 수 있다.

도 13A 내지 13D를 참조하면, 도 2와 관련하여 전술한 쉬라우드(112)에 유사한 쉬라우드의 바람직한 실시예가 개시된다. 도 2의 쉬라우드(112)의 구성 요소들(components)에 유사한 도13A 내지 13D의 쉬라우드의 구성 요소들은 동일하되 100씩 증가한 도면 부호를 가진다.

도 13A에 도시된 쉬라우드(212)는 도 2와 관련하여 전술한 베인들(114)을 슬라이드되게 수용하도록(for sliding receipt) 구성된 베인 슬롯들(vane slots, 239)의 고리 형상 어레이를 정의한다. 도 13A의 동그랗게 표시된 부분 (A)에 대한 더 자세한 그림은 도 13B에 개시된다.

도 13C는 쉬라우드(212)의 개략 단면도이고 도 13D는 도 13C의 동그랗게 표시된 부분(B)을 더 자세하게 도시한다. 도 13C에 개시된 바와 같이, 쉬라우드(212)는 축 방향으로 연장하는, 반경 방향 내측 플랜지(217) 및 축 방향으로 더 짧은, 반경 방향 외측 플랜지(218)를 포함한다. 반경 방향 내측 플랜지(217)의 외측 단부에는 반경 방향 연장 플랜지(225)가 정의되는데, 이는 본 발명의 제1 측면에 의해 제공되는 압력 균형 구조의 일부를 형성한다. 반경 방향 내측 연장 림(radially inwardly extending rim, 224)은 더 짧은, 반경 방향 외측 플랜지(218)의 외측 단부에 매달려 있다. 반경 방향 외측 플랜지(218)와 내측 연장 림(224)은, 쉬라우드(212)의 반경 방향 벽(235)과 함께, 고리 형상 쉬라우드(212)의 원주 방향 길이를 따라 일주하여 연장하는 고리 형상 채널(240)을 정의한다. 이 구조는 도 13D에 더 자세하게 도시된다. 또한 도 13D에는, 그것이, 고리 형상 밀봉 고리(미도시)를 수용하기 위한 고리 형상 홈(240)을 함께 정의하는, 한 쌍의 반경 방향 외측 연장 플랜지들(237, 238)을 포함하는 한에서 압력 균형 플랜지(225)가 더 자세히 도시되어 있다. 고리 형상 채널(240)의 이 구조는 도 14A 내지 14D에 개시된 액추에이터 로드에 의해 정의되는 원주 방향으로 연장하는 구조물(formation)을 수용하도록 설계되었다.

도 14A에 도시된 바와 같이, 액추에이터(242)의 내측 단부(241)는 액추에이터(244)의 본체와 액추에이터 로드(242)의 본체(244)의 외경(outer diameter)보다 큰 외경을 가진 말단 구조물(terminal formation) 또는 "말단"(foot, 245) 사이에 있는 유격(243)을 정의한다. 유격(243)은 쉬라우드(212)의 내측 연장 림(224)을 수용할 정도의 크기를 가지므로 액추에이터 로드(242)의 말단(245)이 고리 형상 채널(240) 내부에 수용될 수 있다. 도 14C 및 14D에 도시된 바와 같이, 말단(245)은 실질적으로 평평한 반경 방향 내측 가장자리(246) 및, 고리 형상 채널(240)의 그것에 대응하는 반경 호(arc of radius)를 정의하는, 반대쪽 반경 방향 외측 가장자리(247)를 포함한다. 이에 따라, 말단(245)이 고리 형상 채널(240)에 수용될 때 액추에이터 로드(242)는 고리 형상 채널(240)의 원주 방향 길이를 따라 원주 방향으로 슬라이드될 수 있다. 물론, 이러한 상대적인 움직임은 로드(242)를 제자리에 있게 하고 고리 형상 쉬라우드(212)를 고정된 로드(242)에 상대적으로 회전시킴으로써 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이에 따라, 두 구성 요소들의 최초 조립 동안 쉬라우드(212)에 상대적인 각 로드(242)의 정밀한 각위치(angular position)가 정밀하게 제어될 수 있다. 전술한 바와 같이, 쉬라우드(212)를 이에 대향하는 베인들을 가진 노즐 고리에 조립할 때 베인들이 쉬라우드(212)의 각 슬롯들(239)에 정확하게 정렬되어야 하므로 이는 특히 중요하다.

고리 형상 채널(240)이 고리 형상 쉬라우드(212)의 전체 원주를 따라 연장할 필요가 없음을 이해할 수 있을 것이다. 외측 플랜지(218) 및 내측 연장 림(224)는 쉬라우드(212)의 원주의 100% 미만을 가로지르도록 연장하여, 각 액추에이터 로드(242)를 장착하도록 기울어지는 각위치를 넘어 연장하는 하나 이상의 더 짧은 아치형(arcuate) 고리 형상 채널들을 정의할 수 있다. 각각의 아치형 부분(arcuate section)의 길이는 동일하거나 각위치마다 다를 수 있다. 또한, 아치형 부분의 아치형 길이는 어떤 각도 범위(angular range)에 걸쳐서도 연장할 수 있으나 바람직하게는 두 개의 인접한 베인 슬롯들(239) 사이의 각도와 적어도 동일한 범위에 걸쳐서 연장한다.

도 13D를 다시 참조하면, 쉬라우드(212)의 내측 연장 림(224)의 내경(inner diameter)이 베인 슬롯들(239)의 외경(outer diameter)의 반경 방향 외측에 있음을 알 수 있을 것이다. 이에 따라, 액추에이터 로드(242)의 말단(245)이 고리 형상 채널(240)의 내측에 맞물릴 때 액추에이터 로드(242)의 어느 부분이든 그 가장 안쪽 직경은 반경 방향 외측에 있도록, 즉 베인 슬롯들(239), 그에 따라, 베인 슬롯들(239) 내에 수용되도록 구성된 베인들(114)에 의해 정의되는 베인 통로, 의 외경보다 큰 외경을 가지도록 보장할 수 있다. 결과적으로, 쉬라우드(212)에 장착될 때, 베인 슬롯(239)에 베인들(114)이 슬라이드 수용(sliding receipt)되는 것이 액추에이터 로드(들)(242)에 의해 방해 받지 않는다.

자세하게 후술할 압력 균형 플랜지(pressure balancing flange, 225)는 많은 종래의 이동형(moving) 쉬라우드/노즐 고리 터빈들에서보다 더 작은 액추에이터 로드들(242)이 사용될 수 있게 한다. 이는 또한 반경이 축소된 액추에이터 로드들이 사용됨으로써 각 액추에이터 로드(242)의 어느 부분이든 그것이 베인 슬롯들(239) 위에 가로 놓일 가능성(potential)을 최소화할 수 있게 하는 이점을 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 15A 내지 15D를 참조하면, 쉬라우드(312)의 대안적인 구조가 개시된다 (다시 한번, 유사한 구성 요소들은 도 13과 비교할 때 동일하되 100씩 증가한 도면 부호를 가진다). 다시, 쉬라우드(312)는 도 2에 도시된 바와 같이 터빈에 장착될 때 베인들(114)을 슬라이드되게 수용하기 위한 베인 슬롯들(339)의 고리 형상 어레이를 정의한다. 도 15A에 개시된 쉬라우드(312)의 동그랗게 표시된 부분 (A)에 대한 더 자세한 그림은 도 15B에 개시된다.

도 15C 및 15D는 쉬라우드(312)의 개략 단면도이다. 쉬라우드(312)의 기본적인 구조는, 액추에이터 로드의 말단(foot)을 수용하기 위한 고리 형상 채널의 구조를 제외하면, 도 13A 내지 13D에 도시된 쉬라우드(212)의 그것에 유사하다. 도 15A 내지 15D에 도시된 실시예에서, 쉬라우드(312)의 반경 방향 연장 벽(335)은 특정 외경(outer diameter)까지 연장한다. 그 외경의 반경 방향 내측에 축 방향 연장 플랜지(348)가 정의된다. 베인들(114)이 베인 슬롯들(339)에 슬라이드되면서 수용될 수 있게 하기 위해서, 축 방향 연장 플랜지(348)는 베인 슬롯들(339)의 외경의 반경 방향 외측에 있다. 축 방향 연장 플랜지(348)의 외측 단부에는 반경 방향 외측 연장 림(radially outwardly extending rim, 349)이 정의되는데, 이는 쉬라우드(312)의 반경 방향 연장 벽(335)의 외측 단부의 직경보다 작은 직경까지 연장한다. 림(349), 플랜지(348) 및 반경 방향 연장 벽(335)은 함께 고리 형상 채널(350)을 정의하는데, 이는 고리 형상 쉬라우드(312)의 원주 방향을 따라 일주하도록 연장한다. 다시, 전술한 바와 같이, 고리 형상 쉬라우드(312)의 원주 한 바퀴보다 작은 호 길이(arc length)에 걸쳐 연장하는 하나 이상의 고리 형상 채널들(350)을 정의하도록 플랜지들과 림들의 조합은 선택될 수 있다. 고리 형상 채널(350)은 도 16A 내지 16C에 도시된 종류의 액추에이터 로드(342)에 의해 정의되는 상보적인 구조물(complementary formation)을 수용하도록 구성된다.

도 16A 내지 16C를 참조하면, 액추에이터 로드(342)는 본체부(344)를 포함하는데, 이는 그 내측 단부(341)에 있는 확장 구조물(enlarged formation, 345)과 함께, 유격(clearance, 343)을 정의한다. 유격(343)은 쉬라우드(312)의 반경 방향 연장 림(349)를 수용할 수 있는 크기로 이루어진다. 이에 따라, 액추에이터 로드(342)의 구조물 또는 "단부"(345)가 쉬라우드(312)의 고리 형상 채널(350) 내에서 맞물릴 수 있다. 쉬라우드(312)의 플랜지들과 림들의 구조가 도 13에 도시된 쉬라우드(212)의 그것에 반대(reverse)인 점을 고려하면, 이제 축 방향 연장 플랜지(348)의 표면에 걸쳐 이어지는(runs) 것은 말단(345)의 반경 방향 외측 가장자리(346)라기보다는 말단(345)의 반경 방향 내측 가장자리(347)이다. 결과적으로, 말단(345)의 반경 방향 내측 가장자리(347)는, 축 방향 연장 플랜지(348)에 의해 정의되는 고리 형상 채널(350)의 그것과 실질적으로 유사한 반경의 아치형 프로파일(arcuate profile of radius)을 가진다. 도 16C에 도시된 특정 실시예에서, 액추에이터 로드(342)의 반경 방향 외측 가장자리(346)는 또한 아치형 형태를 구비하지만 꼭 이러할 필요는 없으며, 예를 들어 평평한 가장자리가 대안적으로 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 반경 방향 내측 가장자리(347)와 액추에이터 로드(342)에, 축 방향 연장 플랜지(348)의 그것과 유사하거나 동일한 곡선 프로파일을 제공함으로써 액추에이터 로드(342)의 말단(345)이 원주 방향으로 고리 형상 채널(350)을 따라 슬라이드되어 각 액추에이터 로드(342)가 쉬라우드(312)에 상대적으로 어떤 각위치(angular position)이든 취할 수 있다. 물론, 이는 각 액추에이터 로드(342)를 제자리에 있게 하고 쉬라우드(312)를 회전시키거나 그 반대로 함으로써 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 로드(들)(343)과 쉬라우드(312)의 상대적인 회전을 최초에 허용하는 한편 하나 이상의 로드들(342)이 쉬라우드(312)에 장착될 수 있게 함으로써 쉬라우드(312)에 상대적인 각 로드(342)의 정밀한 각위치가 쉽게 설정될 수 있는 한편 쉬라우드(312)에 의해 정의되는 베인 슬롯들(339)이 베인들(114)의 고리 형상 어레이와 정밀하게 정렬되도록 할 수 있다.

도 17A 및 17B는 액추에이터 로드(442)를 쉬라우드(412)에 연결하는 다른 대안적인 구조를 도시한다 (다시 한번, 유사한 구성 요소들은 도 2와 비교할 때 동일하되 300씩 증가한 도면 부호를 가진다). 도 17A 및 17B에 도시된 바와 같이, 쉬라우드(412)의 내측 고리 형상 플랜지(417)은 압력 균형 플랜지(425)의 반경 방향 외측 단부로부터 베어링 하우징(403)을 향해 축 방향으로 연장하는 림(470)을 정의한다. 테두리(lip, 471)가 림(470)의 베어링 하우징 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장함으로써, 입구 통로(409)에 가장 가까운 액추에이터 로드(442)의 일단으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지(473)를 수용하도록 구성된 고리 형상 유격(472)를 정의한다. 이의 반대 구조(reverse arrangement) 또한 사용될 수 있다. 즉, 림(470)이 압력 균형 플랜지(425)의 반경 방향 내측 단부로부터 축 방향으로 연장할 수 있고 테두리(471)이 반경 방향 외측으로 연장하여 고리 형상 유격(472)이 플랜지(473)의 반경 방향 내측 연장 버전(radially inwardly extending version)을 수용하도록 구성되게 할 수 있다.

도 18은 액추에이터 로드(542)를 쉬라우드(512)에 연결하는 또 다른 구조를 도시한다 (다시 한번, 유사한 구성 요소들은 도 2와 비교할 때 동일하되 400씩 증가한 도면 부호를 가진다). 이 구조에서 쉬라우드(512)는, 쉬라우드(512)의 반경 방향 외측 가장자리(periphery)를 둘러싸는 림(575) 형태이고 반경 방향 연장 플랜지(576) 내부로 연장하는 상대적으로 짧은 축 방향 연장 반경 방향 외측 플랜지(axially extending radially outer flange)를 정의한다. 플랜지(576)은 액추에이터 로드(542)의 단부(578)에 의해 정의되는 반경 방향 연장 오목부(577)에 수용 가능한 크기로 이루어지는 축 방향 두께를 가지는 한편 오목부(577)는 터빈 축을 따라 보았을 때 단면이 아치형인 경로(arcuate path)를 정의한다.

도 19에는 액추에이터 로드(642)를 쉬라우드 판(612)에 연결하기 위한 또 다른 구조가 도시된다 (유사한 구성 요소들은 도 2와 비교할 때 동일하되 500씩 증가한 도면 부호를 가진다). 도 19의 구조에서 액추에이터 로드(642)는 쉬라우드(612)의 외측 축 방향 플랜지(618)의 반경 방향 내측에 있다. 그 결과, 쉬라우드(612)에 의해 정의되는 베인 통로들(vanes passages)을 통해 베인들(614)이 수용되도록 쉬라우드(612)의 뒤쪽에 충분한 공간을 확보하기 위해서, 쉬라우드(612)의 바로 뒤에 있는 액추에이터 로드(642)의 일부분(680)은 쉬라우드(612)로부터 더 멀리 떨어져 있는 액추에이터 로드(642)의 일부분(681)보다 큰 직경을 가진다. 플랜지(682)는 외측 플랜지(618)의 베어링 하우징 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장한다. 쉬라우드(612)의 반경 방향 벽(635), 외측 플랜지(618) 및 내측 연장 플랜지(682)는 함께 액추에이터 로드(642)의 단부(685)에 의해 정의되는 반경 방향 외측 연장 돌기(radially outwardly extending finger, 684)를 수용할 수 있는 크기로 되는 원주 방향 홈(683)을 정의한다. 액추에이터 로드(642)의 말단(685)은 돌기(684)의 베어링 하우징 측으로 원주 방향 오목부(686)를 더욱 정의하는데 이는 내측 연장 플랜지(682)의 단부(tip, 687)를 수용할 수 있는 크기로 된다.

도 20은 이하의 차이점들을 제외하고는 도 19에 도시된 것에 유사한, 액추에이터 로드(742)를 쉬라우드(712)에 연결하는 구조를 정의한다 (다시 한번, 유사한 구성 요소들은 도 2와 비교할 때 동일하되 600씩 증가한 도면 부호를 가진다). 도 20의 구조에서, 쉬라우드(712)는 도 19의 구조에서 채택된 외측 플랜지(618)의 그것보다 큰 축 방향 길이를 가지는 외측 플랜지(718)를 정의한다. 그 결과, 내측 연장 플랜지(782)는 도 19에 도시된 구조에서처럼 외측 플랜지(618)의 베어링 하우징 단부에 매달리기보다는 외측 플랜지(718)의 축 방향 길이를 따라 중간 위치에 매달린다. 도 20의 구조에서 액추에이터 로드(742)는 다시 쉬라우드(712)의 외측 플랜지(718)의 반경 방향 내측에 있고, 액추에이터 로드(742)는 다시 확장 직경부(increased diameter portion, 780)를 포함하여 수라우드(712)의 반경 방향 벽(735) 뒤의 공간을 정의함으로써 베인들이 쉬라우드(712)의 반경 방향 벽(735)에 의해 정의되는 베인 통로를 통과할 때 베인들을 슬라이딩되게 수용한다.

도 21에 도시된 구조(다시, 유사한 구성 요소들은 도 2와 비교할 때 동일하되 700씩 증가한 도면 부호를 가진다)는, 도 21의 구조에서는 플랜지(882)가 쉬라우드(812)의 외측 플랜지(818) 상의 어떤 위치로부터 직경 방향 내측으로, 도 20에 도시된 구조에서보다 더 베어링 하우징 내측으로, 즉 터빈 통로(809)로부터 더 멀어지도록, 연장하는 점을 제외하면 여러 면에서 도 20에 도시된 것과 유사하다. 결국, 제2 플랜지(890)는 플랜지(882)와 유사한 직경 방향 거리(extent)만큼 직경 방향 내측으로 연장하되 외측 플랜지(818)의 베어링 하우징 단부로부터 연장한다. 이에 따라, 두 개의 플랜지들(882, 890)은, 외측 플랜지(818)의 그 사이 부분(intervening section)과 함께, 액추에이터 로드(842)의 말단(885)에 의해 정의되는 반경 방향 외측 연장 돌기(radially outwardly extending finger, 884)를 수용하기 위한 원주 방향 채널(891)을 정의한다. 도 19에 도시된 구조와 마찬가지로, 액추에이터 로드(842)의 말단(885)은 또한 돌기(884)의 베어링 하우징 측으로 원주 방향 오목부(886)를 정의하는데 이는 내측 연장 플랜지(882)의 단부(tip, 887)을 수용할 수 있는 크기로 된다.

본 발명의 압력 균형 구조를 포함하는, 도 2에 도시된 터빈의 작동에 대해 기술한다.

특정 압력을 가진 가스에 어떤 표면이 노출되면 그 압력은 그 표면에 수직하게 그 표면에 힘이 가해지도록 한다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 어떤 표면에 가해지는 힘은 그 표면에 접촉하는 가스의 압력과 그 가스에 의해 접촉되는 표면의 면적의 곱과 동일하다. 쉬라우드(112)의 일부 표면들은 대체로 방사상(radial)인 한편 다른 표면들은 대체로 원주 형상(circumferential)이다. 쉬라우드(112)가 베어링 하우징에 내장되어 축 방향으로 움직이므로, 쉬라우드의 방사상 표면들 중 하나에 가해지는 어떤 힘이든 쉬라우드(112)를 노즐 고리(110) 쪽으로 밀어서 입구 통로(109)를 좁히거나 노즐 고리(110)로부터 멀어지게 밀어서 입구 통로(109)를 넓힐 것이다. 쉬라우드(112)의 원주 형상 표면에 가해지는 힘은 쉬라우드(112)를 어떤 방향이든 축 방향으로 밀지 않을 것이므로 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명을 위해서 무시될 수 있다.

쉬라우드(112)에 가해지는 축 방향 순힘(net axial force)을 결정하려면 방사상 표면들 각각에 가해지는 개별 힘들을 합해야 한다. 노즐 고리(110)로부터 멀어지도록 쉬라우드(112)를 미는 힘을 받는(experiences) 표면은 노즐 고리(110) 쪽으로 쉬라우드(112)를 미는 힘을 받는 표면에 "대향"한다고 기술되고, 그 역도 성립할 것이다. 두 개의 대향하는 방사상 표면들에 가해지는 힘들로 인해 쉬라우드(112)에 가해지는 축 방향 순힘을 결정하려면, 대향하는 방사상 표면들 중 하나에 가해지는 힘을 다른 대향하는 방사상 표면에 가해지는 힘으로부터 뺀다.

상대적으로 고압인 배출 가스가 엔진 배기 매니폴드로부터 터빈으로 입구 통로(109)를 통해 화살표(X) 방향을 따라 흐른다. 입구 통로(109) 내에 있는 가스는 최초에 영역(A1)을 통해 흐른 후 베인들(114)에 영향을 주는데, 베인들은 함께 영역(A2)에 베인 통로를 정의한다. 가스가 영역(A2)를 통해 흐름에 따라 그 속도가 증가하여 압력을 감소시킴으로써 영역(A3)에 있는 가속된 가스는 영역(A2) 또는 영역(A1)에 있는 가스보다 낮은 압력을 가진다. 쉬라우드(112)와 베어링 하우징(103)의 구조는 엔진으로부터 터빈으로 유입하는 일정량의 최고압 가스가 쉬라우드(112) 뒤를 지나 고리 형상 오목부(113) 내의 영역(A4)로 유입할 수 있게 한다. 쉬라우드(112), 슬리브(sleeve, 128) 및 베어링 하우징(103)의 사이에 있는 밀봉 고리들(127, 130)의 위치는 반경 방향 연장 플랜지(125) 뒤에 있는 영역(A5)를 추가로 정의한다.

도 2를 참조하면, 입구 통로(109)는 노즐 고리(110)의 방사상 표면(radial surface, 133)(여기서는 노즐 고리(110)의 "전면(front face)"(133)으로도 지칭된다)과 쉬라우드(118)의 반경 방향 벽(radial wall, 135)의 대향하는 방사상 표면(134)(여기서는 쉬라우드(112)의 "전면(front surface)"(134)로도 지칭된다) 사이에 정의된다. 전술한 바와 같이, 입구 통로(109)를 가로질러 축 방향으로 연장하는 베인들(114)을 구비함으로써 입구 통로(109) 내에서 다른 압력을 가진 세 개의 다른 영역들(A1; A2; 및 A3)을 형성한다(establishes). 결국, 노즐 고리(110)와 쉬라우드(112)의 대향하는 전면들(133, 134)은, 각각, 세 영역들(A1, A2 및 A3) 내에서 다른 압력들을 받는다. 영역(A1)에 있는 전면들(133, 134)의 구역들(regions)은 쉬라우드(112)를 고리 형상 오목부(113)내로 밀어 넣음으로써 입구 통로(109)를 개방하려는 경향이 있는 최고압을 받는다. 영역(A2)에 있는 전면들(133, 134)의 구역들은 더 낮은 압력을 받고 영역(A3)에 있는 전면들의 구역들은 최저압을 받는다.

쉬라우드(112)의 반경 방향 벽(135)의 방사상 표면(radial surface, 136)(여기서는 쉬라우드(112)의 "후면(back face)"(136)으로도 지칭된다)은 고리 형상 오목부(113)를 향하고 영역(A4)에 있다. 입구 통로(109) 상류의 최고압 가스는 영역(A4)로 유입할 수 있으므로, 쉬라우드(112)의 후면(136)의 반경 방향 크기 전부(the whole radial extent)는 베인 통로 상류의 쉬라우드(112)의 전면(134), 즉 영역(A1)에 있는 쉬라우드(112)의 전면(front face)의 구역과 동일한 압력을 받는다. 입구 통로(109)의 영역들(A2, A3)를 통해 흐르는 가스의 압력은 영역들(A1, A4) 내의 압력보다 낮으므로, 베인 통로(passage)와 베인 통로(passageway)의 하류에 있는 쉬라우드(112)의 후면(136)의 구역은 쉬라우드(112)의 전면(134)보다 높은 압력을 받는다. 그 결과, 후술할 본 발명의 압력 균형 구조가 없으면, 베인 통로 내부와 베인 통로 하류에 걸쳐 압력 편차가 가장 큰 경우 쉬라우드(112)의 반경 방향 벽(135)에 가해지는 힘들이 좁은 입구 통로(109) 폭들로 쉬라우드(112)를 강하게 닫게 하는 경향이 있을 것이다.

쉬라우드(112)가 입구 통로(109)를 차단하려는 이 경향을 보상하기 위해서, 특히 노즐 고리(110)와 쉬라우드(112)의 대향하는 전면들(133, 134) 사이의 폭(spacing)이 작을 때, 반경 방향 연장 플랜지(125)(여기서는 압력 균형 플랜지(125)로도 지칭된다)가 제공된다. 이 플랜지(125)는 두 개의 대향하는 반경 방향 연장 표면들; 즉 제1 반경 방향 연장 "전면"(front face, 137) 및 제2 반경 방향 연장 "후면"(back face, 138)을 정의한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 압력 균형 플랜지(125)의 전면(137)은 베인 통로의 외경(outer diameter)에 대응하는 직경까지 연장한다. 모든 응용들에서 반드시 그럴 필요는 없다. 압력 균형 플랜지(125)가 연장하는 직경은 그 특정 응용에서 채택된 베인 통로의 입구(throat) 영역을 고려하여 요구되는 압력 균형의 수준에 기초하여 선택된다.

고리 형상 홈(126)은 압력 균형 플랜지(125)의 외측 원주 방향 가장자리를 따라 정의되므로 고리 형상 밀봉 고리(annular seal ring, 127)가, 고리 형상 홈(126)에 수용될 때, 압력 균형 플랜지(125)의 전면(137)과 후면(138) 사이에서 축 방향으로 배치된다. 그 과정에서, 압력 균형 플랜지(125)의 전면(137)은, 사용 중 상대적으로 높은 압력을 가지는 영역(A4)에 있고, 압력 균형 플랜지(125)의 후면(138)은, 영역(A3)과 유체 연결(fluid communication)됨에 따라, 사용 중 상대적으로 낮은 압력을 가지는 가스를 포함하는 영역(A5)에 있다.

전술한 바와 같이, 밀봉 고리(127)는 원통형 슬리브(128)를 지탱한다. 밀봉 고리(127)를 지나는 유출 흐름 경로가 슬리브(128)에 구비된 한 쌍의 작은 구멍들(129)에 의해 제공되는데, 구멍들은, 쉬라우드(112)가 입구 통로(109)를 가로질러 소정 거리보다 많이(예를 들면 대략 반 이상) 연장될 때 화살표(Y) 방향을 따라 고압 가스를 영역(A4)로부터 영역(A5)로 보내도록 "활성화(active)"된다. 구멍들(129)은 슬리브(125)에 구비되어 쉬라우드(112)의 적절한 축 방향 위치에서 활성화될 수 있다. 따라서, 다른 응용들에서, 입구 통로(109)가 작은 축 방향 폭들로 차단되었을 때만 활성화되도록 구멍들(129)의 위치를 정하는 것이 적절할 수 있다. 이에 따라, 영역들(A4, A5)은 입구 통로가 상대적으로 개방된 상태에서 터빈이 작동하는 동안에는 서로 밀봉되지만 입구 통로가 상대적으로 좁은 폭들로 차단될 때는 유체 연결된다. 두 영역들(A4, A5)이 유체-연결되면, 영역(A5)에 있는 가스의 압력이 증가하여 압력 균형 플랜지(125)의 후면(138)에 가스가 가하는 힘을 증가시킨다. 그 결과, 압력 균형 플랜지(125)에 의해 생성된, 쉬라우드(112)를 고리 형상 오목부(113)에 밀어 넣으려는, 즉 입구 통로(109)를 개방하려는 경향이 있는 균형력(balancing force)이 감소함으로써, 입구 통로(109)가 상대적으로 작은 개구들로 차단될 때 쉬라우드(112)가 강하게 닫히는 경향을 감소시킨다.

전술한 바와 같이, 밀봉 고리(130)와 이에 맞물린 구성 요소들은 밀봉 고리(130)를 가로지르는 유출 흐름 경로를 정의하도록 배치됨으로써 압력 균형 플랜지(125)의 뒤쪽 영역, 영역(A5)과 베인 통로 하류의 입구 통로(109)의 영역, 영역(A3) 사이의 유체 연결을 보장한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 베어링 하우징(103)의 벽(131)은 밀봉 고리(130)을 수용하도록 원주 방향 홈(132)을 정의하는데, 밀봉 고리의 반경 방향 크기(extent)는 밀봉 고리(130)와 쉬라우드(112)의 내측 고리 형상 플랜지(117) 사이에서, 쉬라우드(112)의 축 방향 모든 위치들에서 "활성화"된, 즉 유체 흐름을 허용하는, 소정의 반경 방향 유격을 정의하도록 선택되었다. 두 개의 밀봉 고리들(127, 130)에 걸쳐 정의된 유체 흐름 경로들의 단면적들은 압력 균형 구조의 적절한 기능을 보장하도록 제어되어야 한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 베어링 하우징 벽(131)과 쉬라우드(112) 사이의 반경 방향 내측 밀봉 고리(130)를 지나는 유체 흐름 경로의 단면적은 쉬라우드(112)와 슬리브(128) 사이의 반경 방향 외측 밀봉 고리(127)을 지나는 유출 흐름 경로의 단면적의 대략 1 내지 2배이다. 전술한 다양한 요인들이 고려되고 쉬라우드 액추에이터 토크(torque) 기준들이 결정되면, 두 영역들의 정확한 비율은 구체적인 응용에 맞도록 통상의 기술자에 의해 선택될 수 있음을 이해할 것이다.

달리 표현하자면, 전술한 압력 균형 특성을 제공하도록 쉬라우드(112)에 가해지는 부하(loading)를 최소화하려면, 쉬라우드(112)를 베어링 하우징(103) 쪽으로 미는, 즉 통로(109)를 개방하는 경향이 있는 힘이 쉬라우드(112)를 노즐 고리(110) 쪽으로 미는, 즉 통로(109)를 차단하는 경향이 있는 힘에 의해, 최대한 상쇄되어야(balanced) 한다. 베인들(114)의 반경 방향 외측에서, 쉬라우드(112)에 가해지는 순힘은 영(zero)인데 이는 이 영역에서 쉬라우드(112)의 양측에서 압력이 동일하기 때문이다. 베인들(114)의 반경 방향 내측에서, 쉬라우드(112)를 베어링 하우징(103) 쪽으로 이동시키려는 경향이 있는 힘은, 압력 균형 플랜지(125)의 후면(138)의 영역(D1)에 작용하는 힘에 의해 상쇄된다. 남은 요인들은 베인 통로에서 쉬라우드(112)의 전면(134)에 작용하는, 영역(A2)의 개방력(opening force)(F_D4)과, 압력 균형 플랜지(125)의 후면(138) 및 맞물린 밀봉재(127)에 작용하는 차단력(closing force)(F_D2)이다. 쉬라우드(112)에 가해지는 순힘이 영(zero)이 되도록 하려면, 이 두 힘들의 크기가 같아야 한다.

CFD 분석은 P_D4 = P_D2라고 가정하는 것이 합리적이라고 나타낸다. 결국, 크기가 영(zero)인 순힘의 이상적인 시나리오는 각각의 표면적들, 즉 D4의 표면적(베인 구멍들을 제외함)이 D2의 표면적과 같다는 것에 의해 정의될 수 있다.

베인들이 고리 형상 어레이로 제공되는 경우, 쉬라우드(112)의 반경 방향 벽(135)의 전면(front face, 134)의 면적(D4)은 아래 식으로 주어진다.

D _vle = 베인 리드(leading) 가장자리의 직경

D _vte = 베인 트레일(trailing) 가장자리의 직경

D _{seal_OD} = 밀봉재(seal) 반경 방향 외측 가장자리의 직경

A _{vane_holes} = 베인 구멍들의 총 면적

는 일반적으로 대략 ^0.07*

이므로 아래 식들이 성립한다.

비율 D_vane _{_OD}/D_turb _{_wheel} 은 통상 대략 1.3 내지 1.75 범위에 있다. 결국, 비율 D_{seal_OD}/D_{turb_wheel} 은 1.26에서 1.70까지이다.

청구범위에 정의된 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 전술한 예시적인 구조에 다양한 수정과 변경이 행해질 수 있다.

도 2에 도시된 것에 대안적인 실시예에서, 노즐 고리(110)의 반경 방향 내측 부분(110a)은 터빈 휠의 반경 방향 외측 프로파일에 대응하는 프로파일을 가지는 표면을 가질 수 있다. 노즐 고리(110)의 반경 방향 내측 부분(110a)의 표면의 프로파일을 터빈 휠의 외측 프로파일에 맞추면 터빈 휠과 노즐 고리(110) 사이의 유격을 최소화할 수 있다. 이 유격을 최소화하면 가스가 터빈 휠의 회전에 기여하는 바 없이 터빈 휠의 상류의 입구 통로(109)로부터 터빈 휠의 하류 터빈 출구 통로(미도시)로 유출함에 따라 발생하는 터빈 효율의 손실을 줄인다.

다른 대안적인 실시예에서, 쉬라우드(112)의 외측 고리 형상 플랜지(118)는 도 2에 도시된 내측 원주보다는 외측 고리 형상 플랜지(118)의 외측 원주를 따라 연장하는 액추에이터 로드의 말단(foot)을 수용하기 위한 유격을 정의하도록 재구성될 수 있다. 즉, 반경 방향 내측 연장 림(radially inwardly extending rim, 124)이 쉬라우드(118)의 반경 방향 연장 벽(135) 뒤의 반경 방향 외측 연장 림으로 대체될 수 있는데, 그 내측으로, 액추에이터 로드의 말단이, 로드를 쉬라우드(112)에 상대적으로 반경 방향 내측으로, 도 2에 도시된 실시예처럼 반경 방향 외측이 아니라, 이동시킴으로써 끼워질(slotted) 수 있다. 두 선택 사항 모두 쉬라우드(112)/액추에이터 로드 부조립체(subassembly)를, 노즐 고리(110)에서 연장하는 베인들에 정렬시키는 동안 쉬라우드(112)의 회전을 허용하는 한편 액추에이터 로드들을 쉬라우드(112)에 연결하는 간단한 수단을 제공한다.

전술한 실시예에서 노즐 고리(110)는 나사 체결을 이용하여 하우징에 고정되는 한편 쉬라우드(112)는 입구 통로(109)를 가로질러 이동하여 입구 통로(109)의 축 방향 폭을 제어하도록 활성화된다. 대안적인 실시예에서, 쉬라우드(112)가 고정됨으로써 노즐 고리(110)가 움직이는 구성 요소가 될 수 있다. 나아가, 쉬라우드(112)와 노즐(110) 둘 다 입구 통로를 가로질러 축 방향으로 이동 가능할 수 있다. 쉬라우드(112)와 노즐(110) 중 하나가 고정되는 실시예들에서, 고정된 구성 요소, 예를 들면 노즐 고리(110)의 반경 방향 벽은, 고정된 구성 요소가 부착되는 하우징의 부분에 의해 정의되는 적절한 구조물들(formations)과 함께 작동하도록(co-operate) 구성되는 하나 이상의 구조물들 또는 "반-전단부들(semi-shears)"을 정의할 수 있다. 다른 예를 들자면, 고정된 구성 요소는 고정된 구성 요소의 하나 이상의 영역들 위에 축 방향으로 가로 놓인 후 고정된 구성 요소의 뒤에 있는 하우징에 고정되는 하나 이상의 고정 부재들(retaining members), 예를 들면 고정 고리들(retaining rings)에 의해 하우징에 고정될 수 있다. 이 구조의 실시예가 도 22에 도시되는데, 베인들(114)의 어레이를 가지는(carries) 노즐 고리(110)가 고정 고리(192)에 의해 터빈 하우징(101)에 고정된다. 고정 고리(192)는, 부분적으로 입구 통로(109)를 정의하는, 노즐 고리의 반경 방향 벽(194), 입구 통로(109)로부터 멀어지는 방향으로 연장하는, 축 방향 연장 플랜지(195), 및 축 방향 연장 플랜지(195)의 터빈 하우징 단부로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지(196) 사이에 정의되는 원주 방향 홈(193)에 수용된다. 고정 고리(192)의 반경 방향 외측 가장자리들(197A, 197B)은 기울어져 있다. 축 방향 안쪽 외측 가장자리(197A)는 터빈 하우징(101)의 유사하게 기울어진 표면(198)을 지탱함으로써 노즐 고리(110)을 터빈 하우징(101)에 고정한다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 고정된 구성 요소는 적절한 하우징에 의해 정의된 고리 형상 공극 내에서 지지될 수 있고 입구 통로(109)를 통해 흐르는 가스의 압력은, 터빈의 작동 중에, 고정된 구성 요소를 공극 내부의 제 자리에 고정하도록 이용될 수 있다. 다른 대안적인 구조가 도 23A 및 23B에 개시된다(도 2에 도시된 것들에 유사한 부분들은 동일하되 800씩 증가한 도면 부호를 가진다). 이 실시예에서, 베인들(914)을 가지는 노즐 고리(910)는 베어링 하우징(903) 내의 공극(913)에 내장된 슬리브(928)에 의해 베인들에 가해지는 힘에 의하여 터빈 하우징(901)에 고정된다. 이 힘은, 공극(913)의 벽과, 베인(914)에 인접한 슬리브(928)의 전단(front end)에 대향하는, 슬리브(928)의 후단(back end) 사이에 고정된(held captive) 접시 스프링(999)에 의해 생성된다. 이 실시예에서는 접시 스프링이 사용되지만 어떤 적절한 탄지 수단(biasing means)도 사용될 수 있다. 접시 스프링(999)은 슬리브(928)를 베인(914)에 접촉시킨 상태를 유지하고, 나아가 노즐 고리(910)를 터빈 하우징(901)에 고정하는, 힘을 생성할 뿐만 아니라 영역(A4)로부터의 고압 가스가 슬리브(928)의 후단을 따라 영역(A4)으로 유입하는 것을 방지하는 밀봉재(seal)로 기능한다.

이제 도 24 및 25를 참조하면, 쉬라우드(1012)와 액추에이터 로드(1042) 조립체의 다른 구조가 개시된다 (도 2와 비교할 때 유사한 구성 요소들은 동일하지만 900씩 증가한 도면 부호를 ㄱ진다). 이 조립체는 전술한 도 17A 및 17B에 도시된 실시예와 매우 유사하지만, 반경 방향 내측 밀봉재(도 17A 및 17B에서는 도면부호 430으로 표시됨)를 포함하지 않는 점에서 다르다. 쉬라우드(1012)의 내측 고리 형상 플랜지(1017)는, 홈(1100)에 구비된 납땜(braze)에 의해, 압력 균형 플랜지(1025)를 정의하는 대체로 H-형상인 반경 방향 단면을 가진 고리 형상 부재(1101)에 연결된다. 도 24 및 25에 도시된 실시예에서는 납땜 페이스트를 진공 납땜하는 방식(vacuum brazing)이 채택되었으나, 어떤 적절한 체결 수단이든 사용될 수 있다. 고리 형상 부재(1101)의 H-형상 단면은 입구 통로(1009)에 가장 가까운 액추에이터 로드(1042)의 단부로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지(1073)를 수용하도록 구성되는 반경 방향 내측 고리 형상 유격(1072)를 제공하고, 나아가, 원통형 슬리브(1028)를 밀봉하는 밀봉 고리(1027)을 수용하기 위한 반경 방향 외측 고리 형상 유격(1026)을 정의한다. 고리 형상 부재(1101)의 H-형상 단면 덕분에, 두 개의 고리 형상 유격들(1072, 1026)은 축 방향으로 정렬되는데, 이는, 다른 도면들, 예를 들면 도 17A 및 17B에 도시된 구조와 상반된다. 이는 더 작은(compact) 구조를 제공하지만 통로(1009)를 필요한 정도까지 개폐하는 데 요구되는 정도로 쉬라우드(1012)의 축 방향 변위(displacement)를 여전히 허용하는 구조를 제공한다.

도 24 및 25에 도시된 실시예는 상대적으로 짧은 반경 방향 외측 축 방향 연장 플랜지(radially outer axially extending flange, 1018)를 포함하는데, 이는 예를 들면 축 방향 길이에서는 도 17A 및 17B에 도시된 실시예에 유사하지만 도 20 및 21에 도시된 실시예보다는 훨씬 짧다. 고리 형상 부재(1101)은 반경 방향 내측 축 방향 연장 플랜지(1017)에 연결된 별도 구성 요소로서 도시된다. 대안적인 실시예에서, 고리 형상 부재(1101)은 반경 방향 내측 축 방향 연장 플랜지(1017)와, 한 덩어리로서(as a single piece), 일체로 형성될 수 있다. 도 24 및 25에 도시된 실시예에서, 베인들(1014)의 어레이를 가지는 노즐 고리(1010)는, 그 자체가, 입구 통로(1009)를 부분적으로 정의하는, 노즐 고리(1010)의 반경 방향 벽(1094)과, 노즐 고리(1010)의 터빈 하우징 측으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는, 플랜지(1096) 사이에 정의되는 원주 방향 홈(1093)에 수용되는 고정 고리(1092)에 의해 터빈 하우징(1001)에 고정된다. 고정 고리(1092)의 반경 방향 외측 가장자리들(1097A, 1097B)은, 축 방향 내측 외측 가장자리(1097A)가 터빈 하우징(1001)의 유사하게 기울어진 표면(1098)을 지지하는 상태로, 기울어짐으로써 노즐 고리(1010)를 터빈 하우징(1001)에 고정한다. 통로(1009)로부터 베인들(1014)까지 흐르는 가스는, 터빈 하우징(1001)에 의해 정의되는 하나 이상의 상보적인 오목부들(미도시) 안으로, 노즐 고리(1010)로부터 축 방향으로 연장하는 하나 이상의 축 방향 돌기들(미도시)의 제공에 의해 터빈 하우징(1001)에 상대적인 회전이 억제되는 노즐 고리(1010)에 가해지는 토크를 생성한다.

전술한 실시예들에서, 움직이는 구성 요소, 예를 들면 도 2의 쉬라우드(112) 또는 도 24의 쉬라우드(1012)는, 터빈의 베어링 하우징 측에 배치되는 반면 고정된 구성 요소, 예를 들면 도 2의 노즐 고리(110) 또는 도 24의 노즐 고리(1010)는, 터빈의 터빈 하우징 측에 배치된다. 대안적인 실시예에서, 움직이는 구성 요소는 터빈의 터빈 하우징 측에 배치되고 고정된 구성 요소는 터빈의 베어링 하우징 측에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 움직이는 구성 요소의 활성화(actuation)는, 예를 들면 도 2 및 24에 도시된, 실시예들에서처럼 베어링 하우징 측이 아니라, 터빈의 터빈 하우징 측에 배치된 액추에이터에 의해 이루어질 수 있다.

또한, 기술된 가변 구조 터빈이 가변 구조 터보차저의 일부를 형성하더라도 반드시 그럴 필요는 없다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 가변 구조 터빈은, 플라이휠(flywheel) 또는 동력 생성 장치에 기계적인 힘을 전달하는 크랭크샤프트(crankshaft) 및/또는 기어에 연결될 수 있다.

본 발명이 도면과 상세한 설명에서 자세하게 예시되고 설명되었으나, 단지 바람직한 실시예들만이 도시되고 설명되었고 청구범위에 개시된 발명들의 보호범위 내에 있는 모든 변경과 변형들까지도 보호되어야 함을 이해한다면, 그것은 예시적일 뿐 한정적이지 않다고 간주되어야 한다. 상세한 설명에서 사용된 바람직한(preferable), 바람직하게(preferably), 선호되는(preferred) 또는 더 선호되는(more preferred)과 같은 단어들의 사용이 그와 같이 기술된 특징들이 더 바람직할 수 있음을 나타낼 수 있을 지라도, 그럼에도 불구하고 반드시 필요한 것은 아닐 수도 있고 그것들을 구비하지 않은 실시예들도, 첨부된 청구범위에 의해 정해지는, 본 발명의 보호범위 내에 있다고 간주될 수 있음을 이해해야 한다. 청구범위를 읽을 때, 부정관사(a, an), "적어도(at least)", 또는 "적어도 일부(at least one portion)"와 같은 단어들이 사용될 때 청구범위에서 그에 상반되도록 명시된 바가 없다면 단지 한 구성 요소(item)로 청구범위를 한정하려는 의도가 없다는 것이 의도된다. "적어도 일부(at least one portion)" 및/또는 "적어도(at least)"라는 용어가 사용될 때, 그에 상반되도록 명시된 바 없다면 그 구성 요소(item)는 일부 및/또는 전체 구성 요소를 포함할 수 있다.

Claims

터빈 축을 중심으로 회전하도록 하우징에 내장되는 터빈 휠; 및
상기 터빈 휠을 향해 반경 방향 내측으로 연장하는 고리 형상 입구 통로;
를 포함하고,
상기 고리 형상 입구 통로는 상기 하우징 내에 구비되는 공극에 내장되는 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽의 제1 면과 상기 하우징의 대향 벽(facing wall) 사이에 정의되고;
상기 구동 벽 부재는, 상기 고리 형상 입구 통로의 크기를 변화시키도록, 축 방향으로 이동 가능하며;
입구 가이드 베인들의 어레이가 상기 고리 형상 입구 통로를 가로질러 연장하여 반경 방향 베인 통로를 정의하며;
상기 구동 벽 부재의 상기 반경 방향 연장 벽은 상기 제1 면에 대향하는 반경 방향 제2 면을 정의하며;
상기 구동 벽 부재는, 축 방향을 따라 상기 공극 내로 연장하고, 서로 대향하는 제3 면과 제4 면을 정의하는 반경 방향 연장 플랜지를 지지하는, 고리 형상 플랜지를 더 포함하며;
상기 반경 방향 연장 플랜지는 상기 공극에 구비되는 고리 형상 슬리브를 밀봉하여 상기 반경 방향 제2 면 및 제3 면을 포함하는 상기 공극 내의 제1 영역 및 상기 반경 방향 제4 면을 포함하는 상기 공극 내의 제2 영역을 정의하며;
상기 공극 내의 상기 제1 영역은 상기 반경 방향 베인 통로의 상류의 상기 고리 형상 입구 통로의 구역(region)에 유체 연결되며;
상기 공극 내의 상기 제2 영역은 상기 반경 방향 베인 통로의 하류의 상기 고리 형상 입구 통로의 구역에 유체 연결되는,
가변 구조 터빈.
제1항에서,
상기 반경 방향 연장 플랜지는, 상기 구동 벽 부재의 상기 반경 방향 연장 벽의 상기 반경 방향 제2 면에 대향하는, 상기 공극 내에 제1 반경 방향 면을 정의하는,
가변 구조 터빈.
제1항 또는 제2항에서,
상기 고리 형상 플랜지로부터 상기 반경 방향 연장 플랜지가 반경 방향으로 연장하는 거리(extent)는 상기 고리 형상 플랜지의 상기 반경 방향 내측 표면으로부터, 상기 입구 통로를 가로질러 연장하는 상기 베인들의 상기 외경까지의 거리보다 크지 않은,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제3항 중 한 항에서,
상기 구동 벽 부재 및/또는 하우징은 상기 가동 벽 부재의 뒤에 있는 상기 공극 내로 가스 흐름 경로를 정의하도록 배열되는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 구동 벽 부재의 반경 방향 외측 가장자리는 상기 하우징에 대해 밀봉되고, 상기 공극 내로 가스 흐름 경로를 정의하도록 베인 통로의 상류의 상기 구동 벽 부재에 의해 하나 이상의 구멍들이 정의되는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
상기 고리 형상 슬리브는, 작동 중, 상기 제2 영역 내의 가스 압력을 증가시키기 위해, 상기 제1 영역 내의 상대적으로 높은 전-터빈(pre-turbine) 압력을 가진 가스가 상기 제2 영역으로 유입할 수 있게 하는 유출 경로를 정의하는,
가변 구조 터빈.
제6항에서,
상기 유출 경로는 상기 고리 형상 슬리브 상의 한 위치에 구비되는 하나 이상의 구멍들에 의해 정의됨으로써, 작동 중, 상기 구동 벽 부재가 상기 공극 내로 완전히 후퇴할 때 상기 구동 벽 부재와 상기 하우징의 상기 대향 면(facing wall) 사이의 상기 입구 통로의 축 방향 폭이 그 폭의 대략 20% 미만이 되도록 상기 구동 벽 부재가 배치되었을 때 가스가 통과하도록 상기 구멍들이 개방되는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 반경 방향 베인 통로의 하류의 상기 고리 형상 입구 통로의 상기 구역(region)과 상기 공극 내의 상기 제2 영역 사이의 유체 연결이, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 벽 사이에서 정의되는 가스 흐름 경로에 의해서, 선택적으로는, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 상기 벽 사이의 밀봉 구조에 의해서, 촉진되는,
가변 구조 터빈.
제6항 또는 제7항을 인용할 때, 제8항에서,
상기 고리 형상 슬리브에 의해 정의되는 상기 유출 경로의 총 단면적은, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 상기 벽 사이의 상기 밀봉 구조에 의해 정의되는 상기 가스 흐름 경로의 총 단면적과 유사하거나 그보다 작은,
가변 구조 터빈.
제8항 또는 제9항에서,
상기 밀봉 구조는, 상기 반경 방향 연장 플랜지가 상기 고리 형상 슬리브를 밀봉하는 위치에서 반경 방향 내측에 배치되는,
가변 구조 터빈.
제10항에서,
상기 밀봉 구조는, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 상기 벽 사이의 상기 가스 흐름 경로를 제공하도록 소정의 반경 방향 유격을 정의하는,
가변 구조 터빈.
제10항 또는 제11항에서,
상기 밀봉 구조는, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 상기 벽 사이의 상기 가스 흐름 경로를 제공하도록, 상기 공극의 벽을 바라보는 그것의 외측 표면에 소정의 크기를 가지는 하나 이상의 홈들 또는 절개부들(cut-out sections)을 정의하는,
가변 구조 터빈.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
상기 고리 형상 플랜지의 반경 방향 내측 표면은, 상기 고리 형상 플랜지와 상기 공극의 상기 벽 사이의 상기 가스 흐름 경로를 제공하도록, 상기 밀봉 구조의 양측까지 연장하는, 하나 이상의 축 방향 연장 홈들을 정의하는,
가변 구조 터빈.
제13항에서,
상기 하나 이상의 홈들은, 상기 터빈의 길이 방향 축에 상대적으로 기울어지거나, 나선형 또는 소용돌이 형상 경로를 따르는,
가변 구조 터빈.
제13항 또는 제14항에서,
복수의 홈들이 제공되고,
인접한 홈들 사이의 축 방향 간격은 상기 홈들 전부에 걸쳐 실질적으로 동일하거나,
상기 축 방향 간격은 한 쌍의 인접한 홈들로부터 다른 한 쌍의 인접한 홈들까지 달라지는,
가변 구조 터빈.
제15항에서,
상기 홈들 중 하나 이상은, 상기 고리 형상 슬리브의 축 방향 길이(extent)의 일부를 따라 연장하거나, 상기 고리 형상 슬리브의 축 방향 길이의 전부를 따라 연장하는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
상기 구동 벽 부재는, 상기 하우징의 상기 대향 벽(facing wall)에 대응하는 반경 방향 표면을 가지는 노즐 고리에 부착되는 베인들을 수용하기 위한 구멍들을 정의하는 쉬라우드인,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
상기 구동 벽 부재는, 상기 하우징의 상기 대향 벽에 대응하는 반경 방향 표면을 가지는 쉬라우드 판에 의해 정의되는 구멍들을 수용하기 위한 베인들을 지지하는 노즐 고리인,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에서,
상기 대향 벽은 상기 하우징에 고정되는,
가변 구조 터빈.
제19항에서,
상기 대향 벽은 잠금 나사 체결구에 의해 상기 하우징에 고정되는,
가변 구조 터빈.
제20항에서,
상기 하우징에 고정되는 고리 또는 상기 하우징의 반경 방향 내측 대향 면(radially inward facing surface)과 상기 대향 벽에 연결되는 축 방향 연장 플랜지의 외측 원주 방향 표면에 의해 상보적인 잠금 나사산들이 정의되는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에서,
상기 구동 벽 부재는 고리 형상이고 상기 터빈은 적어도 하나의 가이드 부재를 더욱 포함하고,
상기 구동 벽 부재와 상기 적어도 하나의 가이드 부재 중 어느 하나는, 상기 구동 벽 부재와 상기 적어도 하나의 가이드 부재 중 다른 하나에 의해 정의되는 상보적인 구조물(formation)을 수용하기 위한 고리 형상 채널을 정의함으로써, 상기 고리 형상 구동 벽 부재를 상기 적어도 하나의 가이드 부재에 장착하여 상기 구동 벽 부재의 축 방향 운동을 일으켜서 상기 고리 형상 입구 통로의 크기를 변화시키는,
가변 구조 터빈.
제22항에서,
상기 구동 벽 부재는, 함께 상기 고리 형상 채널을 정의하는, 축 방향 연장 장착 플랜지와 반경 방향 연장 장착 플랜지를 포함하는,
가변 구조 터빈.
제23항에서,
상기 고리 형상 채널은, 상기 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측 또는 상기 베인 통로의 내경의 반경 방향 내측에 구비되는,
가변 구조 터빈.
제23항에서,
상기 고리 형상 채널은, 상기 베인 통로 내측에서 반경 방향으로 구비되거나 상기 베인 통로와 반경 방향으로 중첩하는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는, 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지(radially outer axially extending annular flange)로서, 축 방향으로 상기 공극 내로 연장하는 상기 고리 형상 플랜지보다 축 방향으로 더 짧고, 상기 제3 면 및 제4 면을 정의하는 상기 반경 방향 연장 플랜지를 지지하는,
가변 구조 터빈.
제26항에서,
상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 상기 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장하는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에서,
상기 고리 형상 채널은, 상기 구동 벽 부재의 원주의 하나 이상의 부분들을 따라, 또는 상기 구동 벽 부재의 원주 전체를 따라 연장하는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에서,
상기 반경 방향 연장 장착 플랜지의 내경(inner diameter)은 상기 반경 방향 베인 통로의 외경(outer diameter)의 반경 방향 외측에 있는,
가변 구조 터빈.
제29항에서,
상기 적어도 하나의 가이드 부재는 상기 반경 방향 베인 통로의 반경 방향 외측에 있는,
가변 구조 터빈.
제29항에서,
상기 적어도 하나의 가이드 부재는 상기 반경 방향 베인 통로의 외경의 반경 방향 내측에 있는,
가변 구조 터빈.
제31항에서,
상기 적어도 하나의 가이드 부재의 말단 부분(terminal section)에는 축 방향으로 연장하는 절개부(cut-out section)가 구비되는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는, 축 방향으로 상기 공극 내측으로 연장하는 상기 고리 형상 플랜지에 유사한 축 방향 길이를 가지는 반경 방향 외측 축 방향 연장 고리 형상 플랜지(radially outer axially extending annular flange)로서, 상기 제3 면 및 제4 면을 정의하는 상기 반경 방향 연장 플랜지를 지지하는,
가변 구조 터빈.
제33항에서,
상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는, 상기 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 상기 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부 사이에 있는, 상기 축 방향 연장 장착 플랜지 상의 한 위치로부터 반경 방향 내측으로 연장하는,
가변 구조 터빈.
제33항 또는 제34항에서,
상기 적어도 하나의 가이드 부재에는 축 방향 연장 유격을 정의하는 절개부가 구비되어 상기 반경 방향 베인 통로와 반경 방향으로 중첩하는,
가변 구조 터빈.
제33항에서,
상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는 상기 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부로부터 연장하고,
추가(further) 반경 방향 연장 장착 플랜지가 구비되되, 상기 구동 벽 부재의 반경 방향 연장 벽과 상기 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부에 있는 상기 반경 방향 연장 장착 플랜지 사이에 있는, 상기 축 방향 연장 장착 플랜지의 한 위치로부터 연장하는,
가변 구조 터빈.
제26항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는, 상기 구동 벽 부재의 외경의 반경 방향 내측에 있는 직경에서 상기 구동 벽 부재로부터 연장하고, 상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는 상기 축 방향 연장 장착 플랜지의 축 방향 외측 단부에서 반경 방향 외측으로 연장하는,
가변 구조 터빈.
제37항에서,
상기 고리 형상 채널은 상기 구동 벽 부재의 원주 방향 길이 전체 또는 하나 이상의 부분들을 따라 연장하는,
가변 구조 터빈.
제37항 또는 제38항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는 상기 반경 방향 베인 통로의 외경의 반경 방향 외측에 있는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는, 상기 반경 방향 제3 면 및 제4 면을 정의하는 상기 반경 방향 연장 플랜지의 반경 방향 외측 단부로부터 연장하고 상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 내측으로 연장하는,
가변 구조 터빈.
제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에서,
상기 축 방향 연장 장착 플랜지는, 상기 반경 방향 제3 면 및 제4 면을 정의하는 상기 반경 방향 연장 장착 플랜지의 반경 방향 내측 단부로부터 축 방향으로 연장하고, 상기 반경 방향 연장 장착 플랜지는 반경 방향 외측으로 연장하는,
가변 구조 터빈.
제22항에서,
상기 적어도 하나의 가이드 부재는, 상기 고리 형상 채널을 정의하는 반경 방향 연장 오목부를 포함하는,
가변 구조 터빈.
제42항에서,
상기 구동 벽 부재는, 상기 적어도 하나의 가이드 부재에 의해 정의되는 상기 고리 형상 채널에 수용될 수 있는 크기인 축 방향 두께를 가진 반경 방향 연장 장착 플랜지를 정의하는,
가변 구조 터빈.
제1항 내지 제43항 중 어느 한 항의 가변 구조 터빈을 포함하는 터보차저.