KR20180099524A - 터보 과급기 - Google Patents

Abstract

제1 매체를 팽창시키는 터빈(2)과, 상기 제1 매체의 팽창ㅇ 중에 상기 터빈(2)에서 추출된 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축하는 압축기(2)를 구비하는 터보 과급기(1)를 제공하며, 터빈(2)은 터빈 하우징(4) 및 터빈 로터(5)를 포함하며, 압축기(3)는 압축기 하우징(6)과, 샤프트(8)를 통해 터빈 로터(5)에 결합된 압축기 로터(7)를 포함하며, 터빈 하우징(4)과 상기 압축기 하우징(6)은 각각 이들 사이에 배치되고 샤프트(8)가 장착된 베어링 하우징(9)에 연결되며, 터빈 하우징(4)의 유입 하우징(11)이 이중벽 방식으로, 즉 내측 흐름 안내 코어(15)와 외측 힘 전달 쉘(16)로 형성된다.

Description

터보 과급기{TURBOCHARGER}

본 발명은 터보 과급기에 관한 것이다.

도 1은 당업계에 공지된 터보 과급기(1)를 통한 단면도를 도시한다. 도 1에 도시한 터보 과급기(1)는 터빈(2) 및 압축기(3)를 포함한다. 터빈(2)에서, 제1 매체, 특히 내연기관의 배기가스가 팽창된다. 이 과정에서 추출된 에너지는 내연기관에 공급될 제2 매체, 특히 과급 공기(charge air)를 압축하기 위해 터보 과급기(1)의 압축기(3)에서 활용된다.

터보 과급기(1)의 터빈(2)은 터빈 하우징(4) 및 터빈 로터(5)를 포함한다.

터보 과급기(1)의 압축기(3)는 압축기 하우징(6) 및 압축기 로터(7)를 포함한다. 터빈 로터(5)와 압축기 로터(7)는 베어링 하우징(9) 내에 장착된 샤프트(8)를 통해 결합된다. 베어링 하우징(9)은 한 쪽에서는 터빈 하우징에 다른 쪽에서는 압축기 하우징(6)에 연결된다. 게다가, 도 1은 압축기 하우징(6) 상에 작용하고 과급 공기를 안내하는 선택적 소음 장치(10)를 도시한다.

터보 과급기(1)의 터빈(2)의 터빈 하우징(4)은 유입 하우징(11) 및 유출 하우징(12)을 포함한다. 유입 하우징(11)을 통해, 팽창될 제1 매체가 터빈 로터(5)에, 이 경우에 반경방향으로 공급된다. 터빈 로터(5)로부터 배출되는 팽창된 매체는 유출 하우징(12)을 통해, 이 경우에는 축방향으로 흐른다.

당업계에 공지된 터보 과급기의 경우, 터빈(2)의 영역에서, 특히 터빈(2)의 터빈 하우징(4)의 유입 하우징(11)의 영역에서 파열(bursting)의 우려가 있다. 터빈 로터(5)가 예를 들어 파열되는 경우, 그 파편들이 유입 하우징(11)을 타격하여 이를 파괴할 수 있고, 따라서 유입 하우징(11)의 파열이 발생할 수도 있다. 이어서, 그 파편들은 주변으로 들어가, 그 주변에 있는 사람 또는 사물에 대한 위협이 될 수도 있다. 이는 소위 격납 안정성(containment safety)을 감소시킨다.

이로부터 시작하여, 본 발명은 신규한 타입의 터보 과급기를 제공한다는 과제에 기초한다.

이 과제는 청구항 1에 따른 터보 과급기(1)를 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 터빈 하우징의 유입 하우징은 이중벽으로, 즉 내측 흐름 안내 코어(flow-conducting core)와 외측 힘 전달 쉘(force-conducting shell)로 형성된다.

본 발명에 따른 터보 과급기에서, 터빈 하우징의 유입 하우징은 이중 벽 방식으로 구현된다. 내측 코어는 흐름 안내 기능을 수행한다. 내측 쉘은 힘 전달 기능을 수행한다. 이러한 식으로, 궁극적으로 종래 기술로부터 공지된 터보 과급기와 비교해 터빈(2)의 영역에서 소위 격납 안전성이 상당히 개선될 수 있다.

바람직하게는, 외측 힘 전달 쉘은 축방향으로 절반부들로 분할되는 한편, 내측 흐름 안내 코어는 축방향으로 분할되지 않는다. 이 구성은 개선된 격납 안전성을 갖는 터보 과급기의 간단한 디자인의 실시예를 위해 바람직하다.

바람직하게는, 힘 전달 쉘의 제1 절반부의 반경방향 내측 섹션과, 내측 흐름 안내 코어의 제1 반경방향 내측 섹션은 각각 베어링 하우징에 부착 및/또는 인접한다. 힘 전달 쉘의 제2 절반부의 반경방향 내측 섹션과, 내측 흐름 안내 코어의 제2 반경방향 내측 섹션은 터빈 하우징의 인서트 피스에 부착되거나 및/또는 그 인서트 피스에 인접한다. 이러한 특징은 터빈 하우징의 이중 벽 유입 하우징과 개선된 격납 안전성을 갖는 터보 과급기의 간단한 디자인의 실시예에 도움이 된다.

본 발명의 다른 개선점에 따르면, 내측 흐름 안내 코어와 외측 힘 전달 쉘 사이에 단열 재료가 배치된다. 이를 통해, 터빈 하우징의 유입 하우징의 영역에 단열이 제공될 수 있다. 이는 작동상 안전성은 물론 효율을 증가시키는 데에 유리하다.

본 발명의 다른 바람직한 개선점들은 종속 청구항 및 이하의 상세한 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 이에 한정되는 일 없이 보다 상세하게 설명한다. 도면에서,
도 1은 당업계에 공지된 터보 과급기를 통한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터보 과급기에서 그 터보 과급기의 유입 하우징의 영역에서의 단면도이다.

본 발명은 터보 과급기에 관한 것이다.

터보 과급기(1)는 제1 매체를 팽창시키는, 특히 내연기관의 배기가스를 팽창시키는 터빈(2)을 포함한다. 게다가, 터보 과급기(1)는 제1 매체의 팽창 중에 터빈(2)에서 추출된 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축, 특히 급기를 압축하는 압축기(3)를 포함한다.

터빈(2)은 터빈 하우징(4) 및 터빈 로터(5)를 포함한다. 압축기(3)는 압축기 하우징(6) 및 압축기 로터(7)를 포함한다. 압축기 로터(7)는 베어링 하우징(9) 내에 장착된 샤프트를 통해 터빈 로터(5)에 결합되며, 그 베어링 하우징(9)은 터빈 하우징(4)과 압축기 하우징(6) 사이에 배치되어, 터빈 하우징(4)과 압축기 하우징(6)에 연결된다.

터빈(2)의 터빈 하우징(4)은 유입 하우징(11) 및 유출 하우징(12)을 포함한다. 유입 하우징(11)을 통해, 터빈(2)의 영역에서 팽창될 제1 매체가 터빈 로터(5)에 공급된다. 유출 하우징(12)을 통해, 터빈 로터(5)의 영역에서 팽창된 제1 매체가 터빈(2)을 떠난다.

유입 하우징(11)과 유출 하우징(12)에 추가하여, 터빈 하우징(4)은 인서트 피스(13)를 포함하며, 이 인서트 피스(13)는 특히 유입 하우징(11)의 영역에서, 즉 터빈 로터(5)의 영역에 인접하여, 터빈 로터(5)의 가동 블레이드(14)의 반경방향 외측에 인접한다.

본 발명의 측면에서, 터빈 하우징(4)의 유입 하우징(11)은 이중 벽 방식으로 설계되며, 내측 흐름 안내 코어(15)와 외측 힘 전달 쉘(16)에 의해 형성된다.

내측 코어(15)는 팽창될 제1 매체를 터빈 로터(5)의 방향으로 안내하는 흐름 안내 기능을 하며, 외측 쉘(15)은 힘 전달 기능을 한다.

외측 힘 전달 쉘(16)은 터빈(2) 또는 터보 과급기(1)의 축방향으로 볼 때에 절반부(16a, 16b)들로 분할된다. 그 반경방향 외측 단부에서, 외측 힘 전달 쉘(16)의 두 절반부(16a, 16b)들은 플랜지(17, 18)에서 서로 연결된다. 반경방향 내측 단부 또는 섹션(19, 22)에서, 두 절반부(16a, 16b)들은 베어링 하우징(9) 또는 인서트 피스(13)에 부착되거나 및/또는 이들 조립체에 인접한다. 따라서, 반경방향 내측 섹션(19)을 갖는 절반부(16a)는 베어링 하우징(9)과 맞물리는 한편, 인서트 피스(13)는 절반부(16b)의 반경방향 내측 섹션(22)에 인접한다.

쉘(16)에 의해 둘러싸인 내측 흐름 안내 코어(15)는 축방향으로 분할되지 않는다. 그 코어의 반경방향 내측 섹션(20, 21)들은 한쪽에서는 베어링 하우징(9)에 인접하고 다른 한쪽에서는 인서트 피스(13)에 인접하는데, 다시 말해, 반경방향 내측 섹션(20)이 베어링 하우징(9)에 인접하고 반경방향 내측 섹션(21)은 인서트 피스(13)에 인접한다.

내측 흐름 안내 코어(15)와 외측 힘 전달 쉘(16) 사이에는 중공 공간(23)이 형성된다. 다른 유리한 개선점에 따르면, 단열 재료가 내측 코어(15)와 외측 쉘(16) 사이의 중공 공간(23) 내에 배치된다.

따라서, 본 발명에 따른 터보 과급기(1)에서, 유입 하우징(2)은 이중 벽 방식으로 구현된다. 힘 전달 기능과 흐름 안내 기능은 2개의 별개의 구성 요소들이 떠맡고 있고, 이에 따라 서로 분리된다. 이에 의해, 특히, 격납 안전성이 증가할 수 있다. 코어(15)와 쉘(16) 사이의 중공 공간(23) 내에 단열 재료를 배치함으로써, 효율이 더욱 증가할 수 있다.

단열 재료로서는 세라믹 포옴 또는 광물면(mineral wool)이 이용될 수 있다. 격납 안전성을 개선시키기 위해, 단열 재료는 다층 매트릭스 구조로 매립될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 히트 파이프가 중공 공간 내에 배치되어, 터보 과급기 내의 온도 라인을 특정 방향으로 조정할 수 있다. 히트 파이프를 위한 재료로서, 용이하게 성형 가능하고 높은 열전도성을 갖는다는 점에서 주로 구리, 예를 들면 구리 와이어 편조물(braiding)이 저온 영역에서 주로 이용된다. 고온 히트 파이프의 경우, 내열강 또는 니켈계 합금이 주로 이용된다.

1: 터보차저
2: 터빈
3: 압축기
4: 터빈 하우징
5: 터빈 로터
6: 압축기 하우징
7: 압축기 로터
8: 샤프트
9: 베어링 하우징
10: 소음 장치
11: 유입 하우징
12: 유출 하우징
13: 인서트 피스
14: 가동 블레이드
15: 코어
16: 쉘
16a: 절반부
16b: 절반부
17: 플랜지
18: 플랜지
19: 섹션
20: 섹션
21: 섹션
22: 섹션
23: 중공 공간

Claims (7)

1. 제1 매체를 팽창시키는 터빈(2)과, 상기 제1 매체의 팽창ㅇ 중에 상기 터빈(2)에서 추출된 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축하는 압축기(2)를 구비하는 터보 과급기(1)로서,
   상기 터빈(2)은 터빈 하우징(4) 및 터빈 로터(5)를 포함하며,
   상기 압축기(3)는 압축기 하우징(6)과, 샤프트(8)를 통해 상기 터빈 로터(5)에 결합된 압축기 로터(7)를 포함하며,
   상기 터빈 하우징(4)과 상기 압축기 하우징(6)은 각각 이들 사이에 배치되고 상기 샤프트(8)가 장착된 베어링 하우징(9)에 연결되는 것인 터보 과급기(1)에 있어서,
   상기 터빈 하우징(4)의 유입 하우징(11)이 이중벽 방식으로, 즉 내측 흐름 안내 코어(flow-conducting core)(15)와 외측 힘 전달 쉘(force-conducting shell)(16)로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
2. 제1항에 있어서, 상기 외측 힘 전달 쉘(16)은 축방향으로 절반부(16a, 16b)들로 분할되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내측 흐름 안내 코어(15)는 축방향으로 분할되지 않는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 외측 힘 전달 쉘(16)의 제1 절반부(16a)의 섹션(19)과 상기 내측 흐름 안내 코어(15)의 제1 섹션(20)은 각각 상기 베어링 하우징(9)에 부착 및/또는 인접하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 힘 전달 쉘(16)의 제2 절반부(16b)의 섹션(22)과 상기 내측 흐름 안내 코어(15)의 제2 섹션(21)은 각각 상기 터빈 하우징(4)의 인서트 피스(13)에 부착 및/또는 인접하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 힘 전달 쉘(16)의 절반부(16a, 16b)들은 플랜지(17, 18)에서 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 흐름 안내 코어(15)와 상기 외측 힘 전달 쉘(16) 사이의 중공 공간(23) 내에, 단열 재료가 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기.

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