KR20170091465A - 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변스크롤실 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크롤실을 갖고, 원주방향을 따라 형성된 삽입부가 구비된 하우징; 상기 하우징의 삽입부에 결합되어 상기 스크롤실을 분할하고, 상기 하우징으로부터 분리가능하게 구성되는 격벽; 및 상기 격벽을 상기 하우징에 고정시키는 결합수단;을 포함한다.
즉 본 발명은 스크롤실을 분할하는 격벽이 터빈하우징으로부터 분리가 가능하도록 형성됨으로써 하나의 금형으로 싱글 및 트윈스크롤실 형상의 구현이 가능한 터빈하우징을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 형태의 트윈스크롤실 터빈하우징 형상을 단순화할 수 있는 가변스크롤실 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징을 제안하고자 한다.

Description

가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징{TURBINE HOUSING}

본 발명은 스크롤실을 분할하는 격벽이 터빈하우징으로부터 분리가 가능하도록 형성됨으로써 하나의 금형으로 싱글 및 트윈스크롤 형상의 구현이 가능한 터빈하우징을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 형태의 트윈스크롤 터빈하우징 형상을 단순화할 수 있는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징에 관한 것이다.

종래의 터빈하우징으로는 일본 특허공보 특허 제4512058호 (2010.05.14. 이하 종래기술이라 함) "터빈 하우징"이 개시되어 있다.

상기 종래기술은 내측하우징과, 이 내측하우징을 틈새를 통하여 가리는 외측하우징을 구비한 터빈 하우징에 있어서, 상기 내측하우징은 스크롤실의 축방향 중간부분에 내측 분할부를 가지고, 상기 외측하우징은 상기 스크롤실의 축방항 중간부분에 외측분할부를 가지며, 상기 내측하우징과 상기 외측하우징 사이의 틈새를 유지하면서 상기 스크롤실의 축방향 중간부분에 연결되는 연결부재를 상기 내측분할부 및 상기 외측분할부에 끼우면서 접합하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 종래기술에 따르면 내측하우징과 외측하우징간의 틈새를 유지하면서 스크롤실의 축방향 중간부분에 연결되는 연결부재가 내측분할부와 외측분할부 사이에서 접합되므로 소정 간격을 유지하면서 외측하우징 안에 내측하우징이 연결부재를 통하여 고정되고, 이에 의하여 배기가스 열에 의해 내측하우징의 팽창이나, 수축이 반복되더라도 내측하우징과 외측하우징과의 위치가 어긋나는 것을 방지하고, 내측하우징과 외측하우징 사이의 틈새가 변함없이 유지되어 터빈의 효율 저하를 방지하는 것이 가능하게 된다.

이 경우 종래기술은 연결부재, 즉 플레이트상은 내측분할부와 외측분할부에 끼워져 용접에 의하여 접합되도록 구성되어 있다.

다만 연결부재를 용접에 의하여 접합하는 경우에는 용접작업에 숙련된 작업자가 필요하다는 것과, 연결부재를 분리하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

또한 연결부재인 플레이트 각도에 따른 터빈하우징이 터보차저 성능에 미치는 영향 분석 시험을 수행한다고 가정할 때, 용접에 의한 접합방식이 사용되는 경우 플레이트 각도에 따라 용접된 여러 개의 터빈하우징이 필요하다는 문제가 있다.

일본 특허공보 특허 제4512058호(2010.05.14.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

스크롤실을 분할하는 격벽이 터빈하우징으로부터 분리가 가능하도록 형성됨으로써 하나의 금형으로 싱글 및 트윈스크롤실 형상의 구현이 가능한 터빈하우징을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 형태의 트윈스크롤실 터빈하우징 형상을 단순화하고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 격벽을 터빈하우징에 고정시키기 위한 결합수단으로서 클램프를 도입함으로써 작업자의 숙련도에 상관없이 쉽게 체결이 가능하고, 이에 의하여 작업성을 향상시키고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징은 스크롤실을 갖고, 원주방향을 따라 형성된 삽입부가 구비된 하우징; 상기 하우징의 삽입부에 결합되어 상기 스크롤실을 분할하고, 상기 하우징으로부터 분리가능하게 구성되는 격벽; 및 상기 격벽을 상기 하우징에 고정시키는 결합수단을 포함할 수 있다.

상기 격벽은 상기 삽입부에 끼워지는 구획부와, 상기 구획부에 연결되어 상기 하우징 외측에 배치되는 걸림부를 포함할 수 있다.

상기 구획부는 단면이 사다리꼴로 이루어지며, 상기 걸림부로부터 멀어질수록 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 격벽은 단면 형상이 'T'자 형태로 형성될 수 있다.

상기 결합수단은 상기 격벽의 상기 걸림부를 가압 고정시키는 클램프일 수 있다.

상기 클램프는 상기 하우징의 외측면에 맞닿도록 끼워진 상기 격벽의 걸림부를 감싸도록 형성된 몸체 및 상기 몸체 양단에 형성된 조임부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징은 스크롤실을 분할하는 격벽이 터빈하우징으로부터 분리가 가능하도록 형성됨으로써 하나의 금형으로 싱글 및 트윈스크롤실 형상의 구현이 가능한 터빈하우징을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 형태의 트윈스크롤실 터빈하우징 형상을 단순할 수 있고, 이에 의하여 설계작의 업무효율을 높일 수 있게 된다.

또한 본 발명은 격벽을 터빈하우징에 고정시키기 위한 결합수단으로서 클램프를 도입함으로써 작업자의 숙련도에 상관없이 누구나 쉽게 체결이 가능하고, 이에 의하여 작업성을 향상시킬 수 있게 된다.

아울러 본 발명에 따른 결합수단으로 클램프를 도입하는 경우 하우징과 격벽에 체결구를 형성하기 위한 손상이라 변형을 가할 필요가 없을 뿐만 아니라, 클램프의 가압력만으로 격벽의 걸림부를 하우징의 외측면에 밀착시켜 누기를 방지할 수 있고, 또한 고온의 배기가스에 의하여 격벽의 걸림부 또는 클램프가 수축과 팽창하여 클램핑력이 약해지는 경우에도 클램프의 조임구로 가압력을 조절할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

도 1은 종래의 터빈하우징을 나타내는 부분 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 터빈하우징 및 격벽의 분해 상태를 나타내는 단면 부분사시도,
도 4는 본 발명에 따른 터빈하우징, 격벽 및 결합수단의 결합 상태를 나타내는 단면 부분사시도.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가변스크롤실 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징은

스크롤실(11)을 갖는 하우징(10)과, 하우징(10)에 분리 가능하도록 결합되어 스크롤실(11)을 분할하는 격벽(20)과, 격벽(20)을 하우징(10)에 고정시키기 위한 결합수단(30)을 포함하여 구성된다.

먼저 본 발명에 따른 하우징(10)은 그 내부에 와실, 즉 스크롤실(11)이 형성되어 배기가스가 유입되는데, 통상적으로 트윈스크롤실(11) 터빈하우징은 주조에 의하여 성형되는 경우 스크롤실(11)을 분할하는 격벽(20)이 일체로 형성된다.

이 경우 도 1의 도시와 같이 하우징(1) 내부의 분할된 스크롤실에서 배기가스가 누기되는 것을 방지하기 위해 격벽(2)의 내측단부, 즉 도 1의 'B'부분의 폭을 어떤 사이즈로 설계하느나가 매우 중요한 설계 요소이다.

이 때 B부분의 폭이 3mm 이하로 협소하게 제작되는 경우 주조성이 현저히 떨어지는 문제가 있고, 특히 작은 엔진 배기량에 대응하는 트윈스크롤실을 설계할 때 주조성을 고려하여 스크롤실 사이즈를 3mm 이상의 폭이 확보되도록 하여야 하기 때문에 터빈하우징의 설계의 한계에 봉착하게 된다.

따라서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 싱글스크롤실을 갖는 하우징(10)을 주조로 제작하고, 이렇게 제작된 하우징(10)에 분리 가능한 격벽(20)을 설치함으로써 종래의 문제를 일거에 해소할 수 있다.

이 경우 하우징(10)에는 원주방향으로 따라 삽입부(13)가 형성되고, 이 삽입부(13)에 격벽(20)이 끼워져 스크롤실(11)을 분할하게 된다.

이는 싱글스크롤실을 갖도록 하우징(10)을 주조한 후, 격벽(20)을 설치하여 트윈스크롤실의 터빈하우징을 제작함으로써 하나의 금형으로 싱글스크롤실 및 트윈스크롤실 형상을 하나의 하우징(10)으로 동시에 구현할 수 있게 되는 것이다.

또한 복잡한 형태의 트윈스크롤실 터빈하우징의 형상을 단순화함으로써 제작이 용이해질 뿐만 아니라, 설계자의 업무효율도 높일 수 있게 된다.

특히 전술한 바와 같이 도 1의 'B' 부분의 폭 사이즈에 따른 제한이 없다는 점에서 주조성 역시 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설계자의 의도대로 다양한 형태로 제작이 가능하다는 점에서 설계 범위를 넓힐 수 있게 된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 격벽(20)은 하우징(10)의 삽입부(13)에 끼워지는 구획부(21)와, 이 구획부(21) 외측단부에 연결되는 걸림부(23)로 구성된다.

즉 격벽(20)의 구획부(21)는 스크롤실(11)을 분할하여 트윈스크롤실을 형성하고, 격벽(20)의 걸림부(23)는 하우징(10)의 삽입부(13)에 끼워진 구획부(21)가 스크롤실(11) 내부로 함입되지 않도록 하우징(10)의 외측면에 걸치도록 형성된다.

따라서 격벽(20)은 단면 형상이 대략 'T'자 형태로 제작되는 것이다.

이 때, 구획부(21)는 단면이 사다리꼴로 이루어지며, 걸림부(23)로부터 멀어질수록 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라 구획부(21)를 스크롤실 내부로 끼우는 것이 용이해진다.

이에 따라 삽입부(13)에 격벽(20)의 구획부(21)가 끼워지고, 이 경우 걸림부(23)는 하우징(10)의 외측면, 즉 삽입부(13)의 주변에 맞닿게 되는데, 이 경우 삽입부(13)의 틈새로 배기가스가 누기될 수 있으므로 격벽(20)의 걸림부(23)가 밀착되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는 격벽(20)의 걸림부(23)를 외측방향으로부터 가압하여 고정시키고, 동시에 걸림부(23)가 하우징(10)의 외측면에 밀착될 수 있도록 결합수단(30)이 도입된다.

이 결합수단(30)은 다양한 형태로 도입이 가능한데, 예컨대 격벽(20)의 걸림부(23)와 하우징(10)의 외측면을 용접하거나, 또는 볼트나 피스를 이용하여 체결하는 것이 가능하다.

다만 용접방식의 경우에는 용접작업에 능숙한 숙련자가 필요하다는 단점이 있고, 또한 고온의 배기가스에 의하여 용접부위가 파괴될 수 있다는 문제가 있다.

또한 볼트나 피스를 이용한 체결방식은 소재에 손상을 가해야하는 문제와, 여러 지점을 체결하여야 한다는 점에서 작업공수가 늘고, 이에 의하여 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명에 따른 결합수단(30)인 클램프(31)를 이용하여 격벽(20)의 걸림부(23) 전체를 일정한 가압력으로 조일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 결합수단(30)으로 클램프(31)를 사용하게 되면 작업자의 숙련도에 무관하게 누구나 쉽고 편리하게 체결 작업을 할 수 있고, 밴드 타입의 클램프(31)의 경우, 격벽(20)의 걸림부(23)를 감싸도록 형성된 몸체(31a)와 몸체(31a) 양단에 형성된 조임부(31b)로 구성되어 있으며, 조임부(31b)를 조이는 것만으로도 작업을 종료할 수 있다는 점에서 타 체결작업과 대비하여 작업성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 클램프(31)를 사용하는 경우에는 하우징(10)과 격벽(20)에 체결구를 형성하기 위한 손상이나 변형을 가할 필요가 없을 뿐만 아니라, 클램프(31)의 가압력만으로 격벽(20)의 걸림부(23)를 하우징(10)의 외측면에 밀착시켜 누기를 방지할 수 있다.

또한 고온의 배기가스에 의하여 격벽(20)의 걸림부(23) 또는 클램프(31)가 수축과 팽창하여 클램핑력이 약해지는 경우에도 클램프(31)의 조임부(31b)로 가압력을 조절할 수 있다는 점에서 사후적으로 발생될 수 있는 문제의 해결방안을 제시하고 있어 바람직하다.

다만 결합수단(30)인 클램프(31)의 종류는 밴드 또는 타이타입의 클램프(31) 등의 도입이 가능하다.

도 4를 참조하면, 격벽(20)의 구획부(21)가 스크롤실을 분할하여 트윈스크롤실을 형성할 경우에 구획부(21)가 스크롤실을 분할하는 단면과 수평면은 일정한 각도를 이루게 된다. 이러한 각도값(θ)에 따른 각각의 스크롤 면적(11a, 11b)의 차이가 터빈하우징에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보는 시험을 구획부 각도값(θ)에 따른 터빈하우징이 터보차저 성능에 미치는 영향 분석 시험이라 한다.

이 때, 각도값(θ)은 구획부(21)의 두께, 길이, 형상 등에 의하여 변화할 수 있으며, 각도값(θ)에 따라 스크롤 면적(11a, 11b)이 달라지기 때문에 터빈하우징이 터빈휠에 공급하는 배기가스량에 차이가 있으며 이는 터보차저의 성능과 직결된다. 따라서, 구획부(21)의 최적의 각도값(θ), 두께, 길이, 형상 등을 찾기 위해서는 구획부 각도값(θ)에 따른 터빈하우징이 터보차저 성능에 미치는 영향 분석 시험을 실시할 필요가 있다.

구획부(21) 각도값(θ)에 따른 터빈하우징이 터보차저 성능에 미치는 영향 분석 시험을 할 경우 용접에 의한 접합방식으로 제작된 하우징(10)은 각도값(θ)이 다른 여러 개의 터빈하우징이 필요하나 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈하우징의 경우 하나의 터빈하우징에 각도값(θ)이 다른 여러 개의 격벽만을 갖추면 되므로 시험을 수행하는 데 있어 효율성 및 경제성 측면에서 장점이 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 가변스크롤실 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징을 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 하우징
11(11a, 11b) : 스크롤실 13 : 삽입부
20 : 격벽
21 : 구획부 23 : 걸림부
30 : 결합수단
31 : 클램프 31a : 몸체
31b : 조임부

Claims (6)

1. 스크롤실(11)을 갖고, 원주방향을 따라 형성된 삽입부(13)가 구비된 하우징(10);
   상기 하우징(10)의 삽입부(13)에 결합되어 상기 스크롤실(11)을 분할하고, 상기 하우징(10)으로부터 분리가능하게 구성되는 격벽(20); 및
   상기 격벽(20)을 상기 하우징(10)에 고정시키는 결합수단(30);을 포함하는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 격벽(20)은
   상기 삽입부(13)에 끼워지는 구획부(21)와,
   상기 구획부(21)에 연결되어 상기 하우징(10) 외측에 배치되는 걸림부(23)를 포함하는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 구획부(21)는 단면이 사다리꼴로 이루어지며, 상기 걸림부로부터 멀어질수록 좁은 폭을 갖도록 형성되는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 격벽(20)은 단면 형상이 'T'자 형태로 형성되는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 결합수단(30)은 상기 격벽(20)의 상기 걸림부(23)를 가압 고정시키는 클램프(31)인 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 클램프(31)는
   상기 하우징(30)의 외측면에 맞닿도록 끼워진 상기 격벽(20)의 걸림부(23)를 감싸도록 형성된 몸체(31a) 및
   상기 몸체(31a) 양단에 형성된 조임부(31b)를 포함하는 가변스크롤 단면형상 구현이 가능한 터빈하우징.
   
   

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