KR20180010151A

KR20180010151A - 반경류 터빈 로터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180010151A
Application number: KR1020170090958A
Authority: KR
Inventors: 부름 클라우디우스
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-01-30
Also published as: JP2018013127A; CH712770B1; CH712770A2; DE102016213238A1; CN107642382A; JP6843711B2

Abstract

반경류 터빈 로터(10)는 로터 베이스 바디(11) 및 이 로터 베이스 바디(11)에 일체로 형성된 블레이드(12)를 구비하며, 로터 베이스 바디(11)는 캐비티 구조(13)를 갖는다.

Description

반경류 터빈 로터 및 그 제조 방법{RADIAL TURBINE ROTOR AND METHOD OF THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 반경류 터빈 로터(radial turbine rotor) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술로부터 공지된 반경류 터빈 로터(1)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 이 반경류 터빈 로터(1)는 로터 베이스 바디(2) 및 이 로터 베이스 바디(2)에 일체로 형성된 복수의 블레이드(3)를 포함한다. 블레이드(3)는 흐름을 안내하는 기능을 하는 흡입측과 압력측으로서 형성된 표면들을 갖고 있다. 당업계에 공지된 반경류 터빈 로터에서, 반경류 터빈 로터(1)의 로터 베이스 바디(2)는 중실 부품으로서 구현된다. 블레이드(3)가 일체로 형성된 그러한 로터 베이스 바디(2)는 바람직하게는 주조, 특히 정밀 주조법에 의해 제조된다.

이로부터 출발하여, 본 발명은 신규한 반경류 터빈 로터 및 그 제조 방법을 제공한다는 과제에 기초한다.

이러한 과제는 청구항 1에 따른 반경류 터빈 로터에 의해 해결된다. 본 발명에 따르면, 로터 베이스 바디는 캐비티 구조를 갖는다.

본 발명에 따른 반경류 터빈 로터의 로터 베이스 바디는 중공 구조를 갖는다. 이러한 중공 구조에 의해, 반경류 터빈 로터의 중량이 종래 기술로부터 공지된 반경류 터빈 로터에 비해 감소될 수 있다.

경량의 반경류 터빈 로터는 확실히 보다 신속하게 가속 및 감속될 수 있다. 이에 의해, 반경류 터빈 로터 및 이 반경류 터빈 로터를 갖는 터빈 각각의 동적 거동(dynamics)이 확실히 개선될 수 있다. 이는 반경류 터빈 로터가 배기가스 터보차저의 구성 부품인 경우에 특히 유리하다. 경량의 반경류 터빈 로터는 또한 반경류 터빈 로터의 베어링에 대해 보다 유리한 가격의 설계를 가능하게 한다. 게다가, 반경류 터빈 로터의 파열의 경우에 그 파편들이 주변 환경에 도달하는 것을 방지하도록 의도된, 터빈의 소위 격납 보호책(containment protection)은 보다 적은 수의 문제점을 제공한다. 경량의 반경류 터빈 로터에 있어서, 그 파열 시에 흡수될 에너지가 보다 작아, 격납 보호책은 보다 간단하게 또한 비용면에서 보다 유리하게 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 개선점에 따르면, 캐비티 구조는 적어도 하나의 웹에 의해 보강된다. 이에 의해, 감소된 중량에도 불구하고, 반경류 터빈 로터의 최적으로 맞춰진 강성이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 개선점에 따르면, 개구가 로터 베이스 바디의 전면측 및/또는 배면측에서 흐름 안내 표면의 외측에 형성되며, 이 개구를 통해 캐비티 구조가 외부로부터 접근 가능하도록 된다. 이들 개구는 한편으로는 반경류 터빈 로터의 간단한 제조를 보장하고, 다른 한편으로는 캐비티의 내면에 정해진 거칠기를 설정하는 기능을 한다.

본 발명의 다른 유리한 개선점에 따르면, 정해진 평균 거칠기 Ra가 캐비티 구조의 내면에 대해 설정되며, 그 거칠기는 2㎛ 내지 10㎛이다. 블레이드의 흐름 안내 표면들의 평균 거칠기 Ra로부터 벗어나는 캐비티 구조의 내면의 평균 거칠기 Ra는 반경류 터빈 로터에 최적의 트루 러닝(true running) 특성을 제공하는 데에 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 반경류 터빈 로터의 제조 방법이 청구항 6에 정의되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 개선점들은 종속 청구항 및 이하의 상세한 설명으로부터 드러날 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예들을 도면을 참조하여 이에 한정되는 일 없이 보다 상세하게 설명한다. 이 도면에서,
도 1은 종래 기술로부터 공지된 반경류 터빈 로터를 통한 단면도이며;
도 2는 본 발명에 따른 제1 반경류 터빈 로터를 통한 단면도이며;
도 3은 본 발명에 따른 제2 반경류 터빈 로터를 통한 단면도이며;
도 4는 본 발명에 따른 제3 반경류 터빈 로터를 통한 단면도이다.

본 발명은 반경류 터빈 로터, 특히 터보차저를 위한 반경류 터빈 로터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 반경류 터빈 로터의 제조 방법에 관한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 반경류 터빈 로터(10)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 이 반경류 터빈 로터(10)는 로터 베이스 바디(11) 및 이 로터 베이스 바디(11)에 일체로 형성된 복수의 블레이드(12)를 포함한다. 본 발명의 측면에서, 캐비티 구조(13)가 반경류 터빈 로터(10)의 로터 베이스 바디(11) 내에 도입된다. 이 캐비티 구조(13)는 단일 캐비티에 의해 형성되거나, 웹 또는 분할벽에 의해 서로 분리된 복수의 캐비티에 의해 형성될 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 반경류 터빈 로터(10)를 통한 단면도를 도시하는 것으로, 도 3에서 캐비티 구조(13)는 축방향으로 연장하는 웹(14)에 의해 보강된다. 도 3에서, 웹(14)은 본 발명에 따라 반경류 터빈 로터(10)의 로터 베이스 바디(11)의 전면측(15)과 배면측(16) 사이에서 축방향으로 연장한다.

축방향으로 연장하는 웹(14)에 추가하여 또는 대안으로, 웹(14)에 대해 횡방향으로, 특히 그에 대해 수직으로 연장할 수 있는 추가의 웹이 캐비티 구조(13)를 보강할 수도 있다.

도 4의 예시적인 실시예에서, 로터 베이스 바디(11)의 전면측(15) 영역 및 배면측(16) 영역에, 개구(17, 18)가 비흐름 안내 표면(non-flow-directing surface)에, 이에 따라 흐름 안내 표면 밖에 형성되며, 이 개구들을 통해 캐비티 구조(13)는 외부로부터 접근 가능하도록 된, 반경류 터빈 로터(10)가 도시되어 있다. 그러한 개구(17, 18)는 각각 본 발명에 따른 반경류 터빈 로터(10)의 제조 또는 생산과 관련하여 이점을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 정해진 거칠기가 캐비티 구조(13)의 내면(19)에 설정되고 그 평균 거칠기 Ra는 2㎛ 내지 10㎛이도록 마련된다.

본 발명은 또한 그러한 반경류 터빈 로터(10)의 제조 방법에 관한 것이다. 로터 베이스 바디(11)는 그 로터 베이스 바디(11) 상에 일체로 형성된 블레이드(12)와 함께, 제너레이티브 제조 기법(generative manufacturing method)을 통해 캐비티 구조(13)의 형성에 의해 또한 도 4에서는 개구(17, 18)의 형성에 의해 모놀리스 부품(monolithic component)으로서 제조되며, 여기서 제너레이티브 제조 기법은 또한 어디티브 제조 기법(additive manufacturing method)으로도 불린다.

제너레이티브 제조 기법에서 발생하는 잔류 재료, 예를 들면 제너레이티브 제조 기법 중에 캐비티 구조(13) 내에 모이는 분말 베드의 잔류 알갱이들은 개구(17, 18)를 통해 캐비티 구조(13)로부터 배출될 수 있다. 개구(17, 18)는 또한 재료 특성을 검사하고 품질 제어를 수행하도록 검사 구멍으로서 각각 이용될 수도 있다. 개구(17, 18)는 검사 후에 다시 폐쇄될 수도 있다.

게다가, 개구(17, 18)는 후속하여 캐비티 구조(13)의 내면(19)에 정해진 평균 거칠기 Ra를 설정하는 데에 적합하다. 따라서, 거칠기는 예를 들면 슬라이드 그라인딩(slide grinding) 등의 기계적 방법에 의해 설정될 수 있고, 이 경우, 연마재 바디가 개구(17, 18)를 통해 캐비티 구조(13)의 내외로 보내지게 된다. 게다가, 거칠기는 물리화학적 방법(physico-chemical method)으로 설정될 수 있으며, 이 경우 캐비티 구조(13)의 내면(19) 상에 평균 거칠기를 설정하기 위해, 액상 매체가 개구(17)를 통해 캐비티 구조(13)의 내외로 보내질 수 있다.

따라서, 본 발명은 로터 베이스 바디(11)가 캐비티 구조(13)를 갖고 있는 반경류 터빈 로터(10)를 제안한다. 이 경우, 캐비티 구조(13)는 적어도 하나의 웹(14)에 의해 보강될 수 있다. 외부로부터 캐비티 구조(13)에 대한 접근을 가능하게 하는 반경류 터빈 로터(10)의 비흐름 안내 표면 상의 개구(17, 18)는 잔류 재료를 제거하고 또한 캐비티 구조(13)의 내면 상의 미리 정해진 거칠기를 설정하는 기능을 한다.

1: 반경류 터빈 로터
2: 로터 베이스 바디
3: 블레이드
10: 반경류 터빈 로터
11: 로터 베이스 바디
12: 블레이드
13: 캐비티 구조체
14: 웹
15: 전면측
16: 배면측
17: 개구
18: 개구
19: 내면

Claims

반경류 터빈 로터(10)로서:
로터 베이스 바디(11); 및
상기 로터 베이스 바디(11) 상에 일체로 형성된 블레이드(12)를 포함하는 반경류 터빈 로터(10)에 있어서,
상기 로터 베이스 바디(11)는 캐비티 구조(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터.
제1항에 있어서, 상기 캐비티 구조(13)는 하나 이상의 캐비티를 구비하는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐비티 구조(13)는 적어도 하나의 웹(14)에 의해 보강되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 개구(17, 18)가 상기 로터 베이스 바디(11)의 전면측(15) 및/또는 배면측(16)에서 흐름 안내 표면의 외측에 형성되며, 상기 개구를 통해 상기 캐비티 구조(13)가 외부로부터 접근 가능하도록 되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 2㎛ 내지 10㎛의 정해진 평균 거칠기 Ra가 상기 캐비티 구조(13)의 내면(19)에 설정되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 반경류 터빈 로터(10)의 제조 방법에 있어서,
상기 반경류 터빈 로터(10)는 제너레이티브 제조 기법(generative manufacturing method)에 의해 모놀리스 부품으로서 제조되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 제너레이티브 제조 기법 중에 생성된 잔류 재료는 상기 개구(17, 18)를 통해 상기 캐비티 구조(13)로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 정해진 평균 거칠기 Ra가 상기 개구(17, 18)를 통해 상기 캐비티 구조(13)의 내면(19) 상에 설정되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 거칠기는 기계적 방법 및/또는 물리화학적 방법에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈 로터의 제조 방법.