KR20180016607A

KR20180016607A - 압축 장치 및 과급기

Info

Publication number: KR20180016607A
Application number: KR1020187002165A
Authority: KR
Inventors: 사토시 마키노; 유키히로 이와사; 야스히로 와다
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-02-14
Also published as: CN107850090A; JP6240251B2; CN107850090B; WO2017169072A1; EP3324053A4; EP3324053A1; EP3324053B1; US11359647B2; JP2017180283A; KR101886607B1; US20180223871A1

Abstract

원심 압축기 및 사일렌서를 구비하는 압축 장치로서, 원심 압축기는, 공기 안내통의 입구측과 스크롤 케이싱을 체결하는 압축기 조립용 볼트를 구비하고, 사일렌서는, 임펠러의 회전축선과 교차하는 방향으로 연장되는 제 1 측벽과, 제 1 측벽과 원심 압축기 사이에 있어서 회전축선의 둘레에 형성되고, 공기 안내통으로 외기를 유도하기 위한 외기 도입 공간을 제 1 측벽과의 사이에 형성하는 환상의 제 2 측벽과, 외기 도입 공간에 형성된 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트와, 임펠러의 회전축선을 따르는 방향으로 제 1 측벽으로부터 스크롤 케이싱까지 연장되고, 제 1 측벽, 제 2 측벽 및 스크롤 케이싱을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트를 구비한다.

Description

압축 장치 및 과급기{COMPRESSION DEVICE AND SUPERCHARGER}

본 발명은 압축 장치 및 과급기에 관한 것이다.

선박 등에 사용되는 내연 기관에 공급하는 유체를 압축하는 과급기의 압축기로서, 원심 압축기가 알려져 있다. 도 4 는, 원심 압축기를 구비한 과급기의 종래 구성을 나타내는 개략도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 원심 압축기 (006) 는 유체를 압축하기 위한 임펠러 (010) 와, 임펠러를 수용하여 유체를 안내하기 위한 안내통 (012) 과, 안내통을 통과한 유체를 외부로 안내하는 스크롤실 (014) 을 형성하는 스크롤 케이싱 (016) 을 구비하고 있다.

과급기의 운전에 의해서, 압축기의 임펠러 온도가 올라가, 임펠러의 클리프 수명이 저하된다. 그 상태에서 임펠러를 고속 회전시켜, 소정의 회전수 (운전 시간) 에 이르렀을 경우, 원심력 등에 의해서 임펠러가 파단될 우려가 있다.

원심 압축기에 있어서 임펠러가 파단되면, 임펠러 파편은 임펠러의 반경 방향 외측을 향하여 비산하여, 안내통에 충돌한다. 임펠러 파편의 충돌에 의해서 안내통이 파손되면, 임펠러 파편이 안내통의 외측으로 비산할 가능성이 있다.

특허문헌 1 에는, 임펠러가 파단된 경우에 임펠러 파편을 안내통 (내측 삽입 하우징 부분) 의 내측에 가두는 것을 목적으로 한 원심 압축기가 개시되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 원심 압축기에서는, 임펠러 파편을 안내통의 내측에 가두기 위해서, 스크롤 케이싱 (외측 소용돌이 하우징 부분) 및/또는 안내통이 적어도 5 ％ 의 파단 신장률을 갖는 재료로 형성되어 있다.

일본 공개특허공보 2005-344713호

그런데, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 과급기는, 원심 압축기 (006) 가 발생시키는 소리를 저감하기 위해서, 원심 압축기의 유체 입구측에 장착된 사일렌서 (008) 를 구비하는 경우가 있다.

도 4 에 나타내는 원심 압축기 및 사일렌서를 갖는 압축 장치 (004) 에서는, 종래에는, 사일렌서에 형성된 플랜지 (008a), 안내통 (012) 에 형성된 플랜지 (012a), 및 스크롤 케이싱 (016) 에 형성된 플랜지 (016) 가 사일렌서 장착용 볼트 (031) 로 체결됨으로써, 원심 압축기와 사일렌서가 연결되어 있었다.

이러한 압축 장치에 있어서 원심 압축기의 임펠러 (010) 가 파단되면, 사일렌서 장착용 볼트가 파단되어, 사일렌서가 원심 압축기로부터 탈락하는 경우가 있었다. 사일렌서가 원심 압축기로부터 탈락하면, 임펠러 파편이 안내통의 입구측으로부터 외부로 비산할 가능성이 있다.

그래서, 사일렌서 장착용 볼트가 파단되는 메커니즘에 대해서 본 발명자가 예의 검토를 행한 결과, 아래의 메커니즘이 분명해졌다.

상기 압축 장치에 있어서 원심 압축기의 임펠러가 파단되면, 임펠러에 의해서 스크롤실측으로 유체를 밀어넣는 것이 곤란해져, 도 4 의 백색 화살표로 나타내는 바와 같이, 스크롤실측으로부터 안내통을 통과하여 사일렌서로 유체가 역류하게 된다. 이 역류된 유체에 의해서, 안내통으로부터 멀어지는 방향 d1 의 힘이 사일렌서에 작용하면, 사일렌서 장착용 볼트에 인장 응력이 발생되고, 그 인장 응력이 사일렌서 장착용 볼트를 파단시키는 요인으로 되어 있었다.

이 점, 특허문헌 1 에 기재된 과급기는, 원심 압축기에 장착되는 사일렌서를 원래 갖지 않기 때문에, 임펠러의 파단에 기인하여 사일렌서 장착용 볼트가 파단된다고 하는 상기 기술적 과제가 발생되는 전제 구성으로 되어 있지 않다.

본 발명은, 상기 서술한 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있는 압축 장치, 및 이것을 구비하는 과급기를 제공하는 것이다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 압축 장치는, 원심 압축기 및 사일렌서를 구비하는 압축 장치로서, 상기 원심 압축기는, 유체를 압축하기 위한 임펠러와, 상기 임펠러를 수용하여 상기 유체를 안내하기 위한 안내통과, 상기 안내통을 통과한 유체를 외부로 안내하는 스크롤실을 형성하는 스크롤 케이싱과, 상기 안내통의 입구측과 상기 스크롤 케이싱을 체결하는 압축기 조립용 볼트를 포함하고, 상기 사일렌서는, 상기 임펠러의 회전축선 방향을 따라서 상기 사일렌서 전체를 관통함과 함께 상기 사일렌서와 상기 스크롤 케이싱을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트를 포함한다.

원심 압축기 및 사일렌서를 구비하는 압축 장치에 있어서 원심 압축기의 임펠러가 파단되면, 임펠러에 의해서 스크롤실측으로 유체를 밀어넣는 것이 곤란해져, 스크롤실측으로부터 안내통을 통과하여 사일렌서로 유체가 역류하게 된다. 이 역류된 유체에 의해서, 안내통으로부터 멀어지는 방향의 힘이 사일렌서에 작용한다.

이 점에서, 상기 (1) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 사일렌서를 조립하기 위한 사일렌서 조립용 볼트가, 임펠러의 회전축선 방향을 따라서 사일렌서 전체를 관통함과 함께 스크롤 케이싱까지 연장되어 스크롤 케이싱도 체결하고 있다. 이 때문에, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트) 를, 도 4 를 사용하여 설명한 종래 구성에 있어서의 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 장착용 볼트) 보다 대폭 길게 할 수 있다.

따라서, 상기 (1) 에 기재된 압축 장치에 있어서의 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트) 에 길이 방향의 인장 하중이 가해졌을 때, 그 볼트가 파단되지 않고 신장할 수 있는 신장량을, 도 4 를 사용하여 설명한 종래 구성에 있어서의 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 장착용 볼트) 에 길이 방향의 인장 하중이 걸렸을 때, 그 볼트가 파단되지 않고 신장할 수 있는 신장량보다 크게 할 수 있다.

이로써, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트에 대해서, 임펠러의 파단에서 기인되는 유체의 역류에 의해서 인장 응력이 발생되어도, 그 볼트의 파단을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있다.

또, 상기 (1) 에 기재된 압축 장치에서는, 안내통의 입구측과 스크롤 케이싱을 체결하는 압축기 조립용 볼트와는 다른 사일렌서 조립용 볼트를 사용하여 사일렌서와 원심 압축기를 체결하고 있다. 이 때문에, 임펠러가 파단되어 임펠러 파편이 안내통에 충돌한 경우여도, 그 충돌의 충격은, 안내통으로부터 직접적으로 사일렌서 조립용 볼트에 전달되지 않고, 안내통으로부터 스크롤 케이싱을 통해서 사일렌서 조립용 볼트에 전달되게 된다. 이와 같은 관점에서도, 상기 종래 구성과 비교해서, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 사일렌서 조립용 볼트가, 임펠러의 회전축선 방향을 따라서 사일렌서 전체를 관통함과 함께 스크롤 케이싱까지 연장되어 스크롤 케이싱도 체결하고 있기 때문에, 압축 장치의 전체 강성을 향상시킬 수 있다.

(2) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 에 기재된 압축 장치에 있어서, 상기 사일렌서는, 상기 임펠러의 회전축선과 교차하는 방향으로 연장되는 제 1 측벽과, 상기 제 1 측벽과 상기 원심 압축기 사이에 있어서 상기 회전축선의 둘레에 형성되고, 상기 안내통으로 외기를 유도하기 위한 외기 도입 공간을 상기 제 1 측벽과의 사이에 형성하는 환상의 제 2 측벽을 포함하고, 상기 사일렌서 조립용 볼트는, 상기 임펠러의 회전축선을 따르는 방향으로 상기 제 1 측벽으로부터 상기 스크롤 케이싱까지 연장되어, 상기 제 1 측벽, 상기 제 2 측벽 및 상기 스크롤 케이싱을 체결한다.

상기 (2) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 제 1 측벽 및 제 2 측벽을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트가, 임펠러의 회전축선을 따르는 방향으로 제 1 측벽으로부터 스크롤 케이싱까지 연장되어 스크롤 케이싱도 체결하고 있다. 이 때문에, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트) 를, 도 4 를 사용하여 설명한 종래 구성에 있어서의 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트 (사일렌서 장착용 볼트) 보다 대폭 길게 할 수 있다.

따라서, 상기 (1) 과 동일한 이유에 의해서, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있다.

또, 사일렌서 조립용 볼트가, 임펠러의 회전축선을 따르는 방향으로 제 1 측벽으로부터 스크롤 케이싱까지 연장되어, 제 1 측벽, 제 2 측벽 및 스크롤 케이싱을 체결하고 있기 때문에, 압축 장치의 전체 강성을 향상시킬 수 있다.

(3) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (2) 에 기재된 압축 장치에 있어서, 상기 사일렌서는 추가로, 상기 외기 도입 공간에 형성된 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트를 포함하고, 상기 사일렌서 엘리먼트는, 상기 사일렌서 조립용 볼트에 의해서 상기 외기 도입 공간 내에 지지된다.

상기 (3) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 사일렌서 엘리먼트를 외기 도입 공간에 지지하기 위한 사일렌서 조립용 볼트를 이용하여 제 1 측벽, 제 2 측벽 및 스크롤 케이싱을 체결할 수 있다. 이 때문에, 간이한 구성으로, 사일렌서와 원심 압축기를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

(4) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (3) 에 기재된 압축 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트는, 상기 회전축선을 따라서 배열되는 복수의 사일렌서 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 사일렌서 엘리먼트의 각각은, 상기 회전축선의 둘레에 형성된 환상의 엘리먼트이고, 상기 사일렌서 조립용 볼트가 삽입 통과되는 삽입 통과공을 갖고, 상기 삽입 통과공에 삽입 통과된 상기 사일렌서 조립용 볼트에 의해서 상기 외기 도입 공간 내에 지지된다.

상기 (4) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 임펠러의 회전축선을 따라서 배열된 복수의 환상의 사일렌서 엘리먼트를 외기 도입 공간에 지지하기 위한 사일렌서 조립용 볼트를 이용하여, 제 1 측벽, 제 2 측벽 및 스크롤 케이싱을 체결할 수 있다. 이 때문에, 간이한 구성으로, 사일렌서와 원심 압축기를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

(5) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 에 기재된 압축 장치에 있어서, 상기 스크롤 케이싱은, 상기 스크롤실을 형성하는 스크롤실 형성부와, 상기 스크롤실 형성부로부터 상기 사일렌서측으로 돌출되는 환상의 제 1 돌출부와, 상기 제 1 돌출부보다 상기 임펠러의 직경 방향에 있어서의 외측에 위치하고, 상기 스크롤실 형성부로부터 상기 사일렌서측으로 돌출되는 환상의 제 2 돌출부를 갖고, 상기 압축기 조립용 볼트는, 상기 안내통의 입구측과 상기 제 1 돌출부를 체결하고, 상기 사일렌서 조립용 볼트는, 상기 사일렌서 및 상기 제 2 돌출부를 체결한다.

상기 (5) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 안내통의 입구측과 체결되는 제 1 돌출부보다, 사일렌서와 체결되는 제 2 돌출부가 임펠러의 직경 방향에 있어서의 외측에 위치하고 있기 때문에, 임펠러가 파단된 경우에, 임펠러 파편이 안내통이나 제 1 돌출부를 관통하여 제 2 돌출부 또는 그 부근에 도달하는 리스크를 저감할 수 있다. 이로써, 제 2 돌출부의 파손을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

(6) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (5) 에 기재된 압축 장치에 있어서, 상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 돌출부보다 상기 사일렌서측으로 돌출됨과 함께 상기 사일렌서에 맞닿아 있고, 상기 제 1 돌출부와 상기 제 2 돌출부 사이에 형성되는 공간이 상기 안내통의 내측의 공간과 연통되도록, 상기 안내통과 상기 사일렌서 사이에 간극이 형성되어 있다.

임펠러가 파단된 경우, 스크롤실측으로부터 사일렌서로 역류하는 유체는 대기압보다 고압이다. 이 점에서, 상기 (6) 에 기재된 압축 장치에 의하면, 스크롤실측으로부터 사일렌서로 유체가 역류했을 때, 제 1 돌출부와 제 2 돌출부 사이의 환상의 공간을, 사일렌서의 내측의 외기 도입 공간의 압력 상승을 억제하기 위한 버퍼 공간으로서 기능시킬 수 있게 된다.

이 때문에, 역류된 유체에 의해서 사일렌서에 작용하는, 안내통으로부터 멀어지는 방향의 힘을 저감할 수 있게 된다. 이로써, 사일렌서 조립용 볼트에 발생되는 인장 응력을 저감하여, 사일렌서 조립용 볼트의 파단을 억제할 수 있다. 따라서, 사일렌서와 원심 압축기를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

(7) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 과급기는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 1 항에 기재된 압축 장치와, 상기 압축 장치의 상기 원심 압축기와 함께 회전하는 터빈을 구비한다.

상기 (7) 에 기재된 과급기에 의하면, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 1 항에 기재된 압축 장치를 구비하고 있기 때문에, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 사일렌서와 원심 압축기를 체결하는 볼트의 파단을 억제하여, 사일렌서와 원심 압축기가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있는 압축 장치, 및 이것을 구비하는 과급기가 제공된다.

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 과급기 (100) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2 는, 일 실시형태에 관련된 압축 장치 (4) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3 은, 일 실시형태에 관련된 압축 장치 (4) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4 는. 종래의 압축 장치 (004) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위하는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 「동일」, 「동등한」 및 「균질」등과 같이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편. 하나의 구성 요소를 「갖춘다」, 「구유한다」, 「구비한다」, 「포함한다」, 또는, 「갖는다」 라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현이 아니다.

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 과급기 (100) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

도 1 에 나타내는 과급기 (100) 는, 배기 터빈식 과급기 (터보 차저) 이고, 터빈 (2) 및 압축 장치 (4) 를 구비한다.

터빈 (2) 은, 선박 등에 사용되는 도시하지 않은 내연 기관 (예를 들어, 디젤 엔진이나 가솔린 엔진) 의 배기에 의해서 구동된다.

압축 장치 (4) 는, 터빈 (2) 과 회전축 (5) 을 통해서 연결된 원심 압축기 (6) 와, 원심 압축기 (6) 가 발생시키는 소리를 저감하기 위한 사일렌서 (8) 를 구비하고 있다. 원심 압축기 (6) 는, 터빈 (2) 에 의해서 구동됨으로써, 내연 기관에 공급하는 공기 (유체) 를 압축할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2 는, 압축 장치 (4) 의 전체 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 원심 압축기 (6) 는, 공기를 압축하기 위한 임펠러 (10) 와, 임펠러 (10) 를 수용하여 공기를 안내하기 위한 공기 안내통 (12) 과, 공기 안내통 (12) 을 통과한 공기를 외부로 안내하는 스크롤실 (14) 을 형성하는 스크롤 케이싱 (16) 과, 공기 안내통 (12) 의 입구측 (18) 과 스크롤 케이싱 (16) 을 체결하는 압축기 조립용 볼트 (20) 를 구비한다. 압축기 조립용 볼트 (20) 는, 임펠러 (10) 의 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수 지점에 형성되어 있다.

도시한 실시형태에서는, 공기 안내통 (12) 은, 입구측 (18) 및 출구측 (19) 의 개구 직경이 중간부 (17) 의 개구 직경보다 크게 형성된 원통 형상을 갖고 있다. 그리고, 공기 안내통 (12) 의 내부에 임펠러 (10) 가 수용되어 있다. 스크롤 케이싱 (16) 은, 공기 안내통 (12) 의 외주측에 형성된 환상 형상의 부재로서, 후술하는 바와 같이, 공기 안내통 (12) 에 고정되어 있다. 또, 공기 안내통 (12) 의 출구측 (19) 에 있어서의 외주측에는, 공기 안내통 (12) 의 내부와 스크롤실 (14) 을 연통하는 디퓨저 통로 (21) 를 형성하는 환상의 디퓨저 부재 (15) 가 배치되어 있다. 이 디퓨저 부재 (15) 는, 공기 안내통 (12) 의 출구측 (19) 에 있어서, 공기 안내통 (12) 의 외주측에 끼워 맞추어짐과 함께, 볼트 (23) 에 의해서 스크롤 케이싱 (16) 과 체결되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 사일렌서 (8) 는, 임펠러 (10) 의 회전축선 (O) 과 직교하는 방향으로 연장되는 원판상의 제 1 측벽 (22) 과, 제 1 측벽 (22) 과 원심 압축기 (6) 사이에 있어서 회전축선 (O) 의 둘레에 형성되고, 공기 안내통 (12) 으로 외기 (공기) 를 유도하기 위한 외기 도입 공간 (24) 을 제 1 측벽 (22) 과의 사이에 형성하는 원환상의 제 2 측벽 (26) 을 구비한다. 제 2 측벽 (26) 의 중앙부에는 중앙 개구 (27) 가 형성되어 있다.

또, 사일렌서 (8) 는, 외기 도입 공간 (24) 에 형성된 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트 (28) 와, 임펠러 (10) 의 회전축선 (O) 방향을 따라서 사일렌서 (8) 전체를 관통함과 함께 사일렌서 (8) 와 스크롤 케이싱 (16) 을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트를 구비한다. 사일렌서 조립용 볼트는, 임펠러 (10) 의 회전축선 (O) 방향으로 제 1 측벽 (22) 으로부터 스크롤 케이싱 (16) 까지 연장되고, 제 1 측벽 (22), 제 2 측벽 (26) 및 스크롤 케이싱 (16) 을 체결하고 있다. 사일렌서 조립용 볼트 (30) 는, 임펠러 (10) 의 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수 지점에 형성되어 있다.

이러한 사일렌서 (8) 에서는, 원심 압축기 (6) 의 임펠러 (10) 가 회전하면, 사일렌서 (8) 의 외주측으로부터 외기 도입 공간 (24) 으로 외기가 받아들여진다. 외기 도입 공간 (24) 에 받아들여진 외기의 흐름은, 사일렌서 엘리먼트 (28) 를 통과한 후, 회전축선 (O) 방향으로 전향되어 원환상의 제 2 측벽 (26) 의 중앙 개구 (27) 를 통과하고, 공기 안내통 (12) 으로 유도된다.

도 2 에 나타내는 원심 압축기 (6) 에 있어서, 임펠러 (10) 가 파단되면, 임펠러 (10) 에 의해서 스크롤실 (14) 측으로 공기를 밀어넣는 것이 곤란해져, 도 3 의 백색 화살표로 나타내는 바와 같이, 스크롤실 (14) 측으로부터 공기 안내통 (12) 을 통과하여 사일렌서 (8) 로 공기가 역류하게 된다. 이 역류된 공기에 의해서, 공기 안내통 (12) 으로부터 멀어지는 방향 d1 의 힘이 사일렌서 (8) 에 작용한다.

이 점에서, 압축 장치 (4) 에 의하면, 제 1 측벽 (22) 및 제 2 측벽 (26) 을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트 (30) 가, 임펠러 (10) 의 회전축선 (O) 방향을 따라서 제 1 측벽 (22) 으로부터 사일렌서 (8) 전체를 관통하여 스크롤 케이싱 (16) 까지 연장되어 스크롤 케이싱 (16) 도 체결하고 있다. 이 때문에, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트 (30)) 를, 상기 종래 구성 (도 4 참조) 에 있어서의 사일렌서 (008) 와 원심 압축기 (006) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 장착용 볼트 (031)) 보다 대폭 길게 할 수 있다.

따라서, 압축 장치 (4) 에 있어서의 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트 (30)) 에 길이 방향의 인장 하중이 걸렸을 때 그 볼트가 파단되지 않고 신장할 수 있는 신장량을, 상기 종래 구성 (도 4 참조) 에 있어서의 사일렌서 (008) 와 원심 압축기 (006) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 장착용 볼트 (031)) 에 길이 방향의 인장 하중이 걸렸을 때 그 볼트가 파단되지 않고 신장할 수 있는 신장량보다 크게 할 수 있다.

이로써, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트 (30)) 에 대해서, 임펠러 (10) 의 파단에서 기인되는 공기의 역류에 의해서 인장 응력이 발생되어도, 그 볼트의 파단을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하는 볼트 (사일렌서 조립용 볼트 (30)) 의 파단을 억제하여, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 가 안정적으로 연결된 상태를 실현할 수 있다.

또, 공기 안내통 (12) 의 입구측 (18) 과 스크롤 케이싱 (16) 을 체결하는 압축기 조립용 볼트 (20) 는 다른 사일렌서 조립용 볼트 (30) 를 이용하여 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하고 있다. 이 때문에, 임펠러 (10) 가 파단되어 임펠러 파편이 공기 안내통 (12) 에 충돌한 경우여도, 그 충돌의 충격은, 공기 안내통 (12) 으로부터 직접적으로 사일렌서 조립용 볼트 (30) 에 전달되지 않고, 공기 안내통 (12) 으로부터 스크롤 케이싱 (16) 을 통해서 사일렌서 조립용 볼트에 전달되게 된다. 이와 같은 관점에서도, 상기 종래 구성 (도 4 참조) 과 비교해서, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 체결하는 사일렌서 조립용 볼트 (30) 의 파단을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 가, 임펠러 (10) 의 회전축선 (O) 방향으로 제 1 측벽 (22) 으로부터 스크롤 케이싱 (16) 까지 연장되어, 제 1 측벽 (22), 제 2 측벽 (26) 및 스크롤 케이싱 (16) 을 체결하고 있기 때문에, 압축 장치 (4) 의 전체 강성을 향상시킬 수 있다.

일 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트 (28) 는, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 에 의해서 외기 도입 공간 (24) 내에 지지된다.

이러한 구성에 의하면, 사일렌서 엘리먼트 (28) 를 외기 도입 공간 (24) 에 지지하는 사일렌서 조립용 볼트 (30) 를 이용하여 제 1 측벽 (22), 제 2 측벽 (26) 및 스크롤 케이싱 (16) 을 체결할 수 있다. 이 때문에, 간이한 구성으로, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

일 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트 (28) 는, 회전축선 (O) 을 중심으로 하는 직경 방향을 따라서 배열된 복수의 사일렌서 엘리먼트 (28) 를 포함한다. 또, 복수의 사일렌서 엘리먼트 (28) 의 각각은, 회전축선 (O) 의 둘레에 형성된 원환상의 엘리먼트로서, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 가 삽입 통과되는 삽입 통과공 (32) 을 갖고, 삽입 통과공 (32) 에 삽입 통과된 사일렌서 조립용 볼트 (30) 에 의해서 외기 도입 공간 (24) 내에 지지된다. 도시하는 형태에서는, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 는, 제 1 측벽 (22) 에 형성된 삽입 통과공 (42), 각 사일렌서 엘리먼트 (28) 의 삽입 통과공 (32), 제 2 측벽 (26) 에 형성된 삽입 통과공 (44) 에 순서대로 삽입 통과되고, 스크롤 케이싱 (16) 에 형성된 볼트공 (46) 에 나선 결합되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 임펠러의 회전축선 (O) 을 따라서 배열된 복수의 원환상의 사일렌서 엘리먼트 (28) 를 외기 도입 공간 (24) 에 지지하는 사일렌서 조립용 볼트 (30) 를 이용하여, 제 1 측벽 (22), 제 2 측벽 (26) 및 스크롤 케이싱 (16) 을 체결할 수 있다. 이 때문에, 간이한 구성으로, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

일 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 스크롤 케이싱 (16) 은, 스크롤실 (14) 을 형성하는 스크롤실 형성부 (34) 와, 스크롤실 형성부 (34) 로부터 사일렌서 (8) 측으로 돌출되는 원환상의 제 1 돌출부 (36) 와, 제 1 돌출부 (36) 보다 임펠러 (10) 의 직경 방향에 있어서의 외측에 위치하고, 스크롤실 형성부 (34) 로부터 사일렌서 (8) 측으로 돌출되는 원환상의 제 2 돌출부 (38) 를 포함한다. 또, 압축기 조립용 볼트 (20) 는, 공기 안내통 (12) 의 입구측 (18) 과 제 1 돌출부 (36) 를 체결하고, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 는, 제 1 측벽 (22), 제 2 측벽 (26) 및 제 2 돌출부 (38) 를 체결한다.

이러한 구성에 의하면, 공기 안내통 (12) 의 입구측 (18) 과 체결되는 제 1 돌출부 (36) 보다, 사일렌서 (8) 와 체결되는 제 2 돌출부 (38) 가 임펠러 (10) 의 직경 방향에 있어서의 외측에 위치하고 있기 때문에, 임펠러 (10) 가 파단된 경우에, 임펠러 파편이 공기 안내통 (12) 이나 제 1 돌출부 (36) 를 관통하여 제 2 돌출부 (38) 또는 그 부근에 도달하는 리스크를 저감할 수 있다. 이로써, 제 2 돌출부 (38) 의 파손을 억제하여, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

일 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 2 돌출부 (38) 는, 제 1 돌출부 (36) 보다 사일렌서 (8) 측으로 돌출됨과 함께 사일렌서 (8) 의 제 2 측벽 (26) 에 맞닿아 있다. 또, 제 1 돌출부 (36) 와 제 2 돌출부 (38) 사이에 형성되는 원환상의 공간 (40) 이 공기 안내통 (12) 의 내측의 공간 (48) 과 연통되도록, 공기 안내통 (12) 의 입구측 (18) 과 사일렌서 (8) 의 제 2 측벽 (26) 사이에는 간극 (g) 이 형성되어 있다.

임펠러 (10) 가 파단된 경우, 스크롤실 (14) 측으로부터 사일렌서 (8) 로 역류하는 공기는 대기압보다 고압이다. 이 점에서, 상기 구성에 의하면, 스크롤실 (14) 측으로부터 사일렌서 (8) 로 공기가 역류했을 때, 제 1 돌출부 (36) 와 제 2 돌출부 (38) 사이의 원환상의 공간 (40) 을, 사일렌서 (8) 의 내측의 외기 도입 공간 (24) 의 압력 상승을 억제하기 위한 버퍼 공간으로서 기능시킬 수 있게 된다.

이 때문에, 역류된 공기에 의해서 사일렌서 (8) 에 작용하는, 공기 안내통 (12) 으로부터 멀어지는 방향 d1 (도 3 참조) 의 힘을 저감할 수 있게 된다. 이로써, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 에 발생되는 인장 응력을 저감하여, 사일렌서 조립용 볼트 (30) 의 파단을 억제할 수 있다. 따라서, 사일렌서 (8) 와 원심 압축기 (6) 를 안정적으로 연결한 상태를 실현할 수 있다.

본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 상기 서술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.

예를 들어, 본 발명은, 상기 서술한 배기 터빈식 과급기 (터보 차저) 에 한정되지 않고, 내연 기관의 출력축으로부터 벨트 등을 통해서 빼낸 동력에 의해서 압축기를 구동하는 기계식의 과급기 (슈퍼 차저) 에도 적용할 수 있다.

2 : 터빈
4 : 압축 장치
6 : 원심 압축기
5 : 회전축
8 : 사일렌서
10 : 임펠러
12 : 공기 안내통
14 : 스크롤실
16 : 스크롤 케이싱
18 : 입구측
20 : 압축기 조립용 볼트
22 : 제 1 측벽
24 : 외기 도입 공간
25 : 볼트
26 : 제 2 측벽
27 : 중앙 개구
28 : 사일렌서 엘리먼트
30 : 사일렌서 조립용 볼트
32 : 삽입 통과공
34 : 스크롤실 형성부
36 : 제 1 돌출부
38 : 제 2 돌출부
40 : 공간
42 : 삽입 통과공
44 : 삽입 통과공
46 : 볼트공
48 : 공간
100 : 과급기
O : 회전축선
d1 : 화살표
d2, d4 : 방향
004 : 압축 장치
006 : 원심 압축기
008 : 사일렌서
008a : 플랜지
010 : 임펠러
012 : 안내통
012a : 플랜지
014 : 스크롤실
016 : 스크롤 케이싱
016a : 플랜지
020 : 압축기 조립용 볼트
028 : 사일렌서 엘리먼트
031 : 사일렌서 장착용 볼트

Claims

원심 압축기 및 사일렌서를 구비하는 압축 장치로서,
상기 원심 압축기는,
유체를 압축하기 위한 임펠러와,
상기 임펠러를 수용하여 상기 유체를 안내하기 위한 안내통과,
상기 안내통을 통과한 상기 유체를 외부로 안내하는 스크롤실을 형성하는 스크롤 케이싱과,
상기 안내통의 입구측과 상기 스크롤 케이싱을 체결하는 압축기 조립용 볼트를 포함하고,
상기 사일렌서는, 상기 임펠러의 회전축선 방향을 따라서 상기 사일렌서 전체를 관통함과 함께 상기 사일렌서와 상기 스크롤 케이싱을 체결하는 사일렌서 조립용 볼트를 포함하는, 압축 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 사일렌서는,
상기 임펠러의 회전축선과 교차하는 방향으로 연장되는 제 1 측벽과,
상기 제 1 측벽과 상기 원심 압축기 사이에 있어서 상기 회전축선의 둘레에 형성되고, 상기 안내통으로 외기를 유도하기 위한 외기 도입 공간을 상기 제 1 측벽과의 사이에 형성하는 환상의 제 2 측벽을 포함하고,
상기 사일렌서 조립용 볼트는, 상기 임펠러의 회전축선을 따르는 방향으로 상기 제 1 측벽으로부터 상기 스크롤 케이싱까지 연장되고, 상기 제 1 측벽, 상기 제 2 측벽 및 상기 스크롤 케이싱을 체결하는, 압축 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 사일렌서는 추가로, 상기 외기 도입 공간에 형성된 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트를 포함하고,
상기 사일렌서 엘리먼트는, 상기 사일렌서 조립용 볼트에 의해서 상기 외기 도입 공간 내에 지지되는, 압축 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 사일렌서 엘리먼트는, 상기 회전축선을 따라서 배열되는 복수의 사일렌서 엘리먼트를 포함하고,
상기 복수의 사일렌서 엘리먼트의 각각은, 상기 회전축선의 둘레에 형성된 환상의 엘리먼트이고, 상기 사일렌서 조립용 볼트가 삽입 통과되는 삽입 통과공을 갖고, 상기 삽입 통과공에 삽입 통과된 상기 사일렌서 조립용 볼트에 의해서 상기 외기 도입 공간 내에 지지되는, 압축 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스크롤 케이싱은, 상기 스크롤실을 형성하는 스크롤실 형성부와, 상기 스크롤실 형성부로부터 상기 사일렌서측으로 돌출되는 환상의 제 1 돌출부와, 상기 제 1 돌출부보다 상기 임펠러의 직경 방향에 있어서의 외측에 위치하고, 상기 스크롤실 형성부로부터 상기 사일렌서측으로 돌출되는 환상의 제 2 돌출부를 갖고,
상기 압축기 조립용 볼트는, 상기 안내통의 입구측과 상기 제 1 돌출부를 체결하고,
상기 사일렌서 조립용 볼트는, 상기 사일렌서 및 상기 제 2 돌출부를 체결하는, 압축 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 돌출부보다 상기 사일렌서측으로 돌출됨과 함께 상기 사일렌서에 맞닿아 있고,
상기 제 1 돌출부와 상기 제 2 돌출부 사이에 형성되는 공간이 상기 안내통의 내측의 공간과 연통되도록, 상기 안내통과 상기 사일렌서 사이에 간극이 형성되어 있는, 압축 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 압축 장치와, 상기 압축 장치의 상기 원심 압축기와 함께 회전하는 터빈을 구비하는 과급기.