KR20180106914A - 터보차저 - Google Patents

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KR20180106914A
KR20180106914A KR1020180029559A KR20180029559A KR20180106914A KR 20180106914 A KR20180106914 A KR 20180106914A KR 1020180029559 A KR1020180029559 A KR 1020180029559A KR 20180029559 A KR20180029559 A KR 20180029559A KR 20180106914 A KR20180106914 A KR 20180106914A
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KR
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turbine
housing
wall
compressor
turbocharger
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KR1020180029559A
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Inventor
비외른 호쓰바흐
산티아고 울렌브로크
다비드 제라벡
루카스 보젝
슈테판 로스트
Original Assignee
만 디젤 앤 터보 에스이
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Publication date
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Abstract

제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈(1) 및, 제1 매체의 팽창 도중에 터빈 내에서 추출되는 에너지를 활용하여 제2 매체를 압축하기 위한 압축기를 갖는, 터보차저로서, 터빈(1)은, 터빈 유입 하우징(4)을 갖는 터빈 하우징(3) 및 터빈 로터(6)를 포함하고, 압축기는, 압축기 하우징 및, 샤프트(7)를 통해 터빈 로터(6)에 연결되는 압축기 로터를 포함하며, 터빈 하우징(3) 및 압축기 하우징은 각각, 이들 사이에 배열되는 베어링 하우징(2)에 연결되고, 베어링 하우징 내에 샤프트(7)가 장착되며, 그리고 터빈 유입 하우징(4)은, 나선형의 단일 부품형으로, 그리고 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15)과 터빈 유입 하우징(4)의 내측벽(16) 사이에 냉각수를 전달하기 위한 물 덕트(17)가 형성되는 그리고 물 덕트(17)를 경계한정하기 위한 터빈 유입 하우징(4)의 내측벽(16)이, 물 덕트(17)로부터 멀어지게 지향하는 내측벽(16)의 측면 상에서, 팽창될 제1 매체의 안내 덕트(18)에 직접적으로 이어지는 방식의 이중벽 방식으로 설계되는 것인, 터보차저.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}
본 발명은, 터보차저에 관한 것이다.
터보차저는, 제1 매체를 팽창시키기 위한, 특히 배기 가스를 팽창시키기 위한 터빈 및, 제1 매체의 팽창 도중에 터빈 내에서 추출되는 에너지를 활용하여, 제2 매체를, 특히 충전 공기를 압축하기 위한 압축기를 포함한다. 터빈은, 터빈 하우징 및 터빈 로터를 포함한다. 압축기는, 압축기 하우징 및 압축기 로터를 포함한다. 터빈 로터 및 압축기 로터는, 베어링 하우징 내에 장착되는 샤프트를 통해 연결되고, 베어링 하우징은, 일측에서 터빈 하우징에 그리고 타측에서 압축기 하우징에 연결된다.
터보차저의 터빈의 터빈 하우징은, 터빈 유입 하우징을 포함하고, 터빈 유입 하우징을 통해, 팽창될 매체, 특히 고온의 배기 가스가, 터빈 로터에 공급될 수 있다. 터빈 하우징은, 높은 열적 부하에 노출된다. 공지의 터빈 유입 하우징들의 다른 문제점이, 소위 격납 안전성(containment safety)이다. 특히, 터빈 로터가 파손될 때, 터빈 로터의 파편들은 터빈 유입 하우징이 파열되도록 야기할 수 있다. 터빈 유입 하우징의 수명은, 이로 인해 제한된다.
이로부터 시작하여, 본 발명은, 새로운 유형의 터보차저를 창출하는 목적에 기초하게 된다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 터보차저를 통해 해소된다.
본 발명에 따르면, 터빈 유입 하우징은, 나선형의 단일 부품형으로, 그리고 터빈 유입 하우징의 외측벽과 터빈 유입 하우징의 내측벽 사이에 냉각수를 전달하기 위한 물 덕트가 형성되며 그리고 물 덕트를 경계한정하기 위한 터빈 유입 하우징의 내측벽이, 물 덕트로부터 멀어지게 지향하는 내측벽의 측면 상에서, 제1 매체의 안내 덕트에 직접적으로 이어지는, 이중벽형으로 설계된다. 나선형의 단일 부품형 및 이중벽형 터빈 유입 하우징을 물 덕트를 통해 전달되는 냉각수를 통해 냉각할 때, 터빈 유입 하우징의 열적 부하는 감소하게 된다. 터빈 유입 하우징의 단일 부품형 및 이중벽형 실시예는 더불어, 터빈 유입 하우징의 격납 안전성을 증가시킨다. 이 때문에, 전체적인 터빈 유입 하우징의 수명이 늘어날 수 있다.
본 발명의 다른 개선예에 따르면, 둘레 방향에서 볼 때 물 덕트 내부에서 둘러싸며 그리고 외측벽과 내측벽 사이에서 연장되는, 분리 벽이 형성되고, 분리 벽은, 외측벽 내로 도입되는 코어 구멍 내경부들(core hole bores)의 영역에서 중단되며, 분리 벽은, 외측벽 및 내측벽과 함께, 나선형의 단일 부품형 및 이중벽형 터빈 유입 하우징의 일체형 부분이다. 분리 벽은, 냉각수를 통한 터빈 유입 하우징의 제한되지 않는 냉각을 허용한다. 더불어, 분리 벽은, 터빈 유입 하우징의 강도 및 터빈 유입 하우징의 격납 안전성을 증가시킨다.
바람직하게, 분리 벽은, 물 덕트를, 분리 벽 내로 연장되는 코어 구멍을 통해 서로 연결되는, 2개의 부분 덕트로 세분하고, 바람직하게, 반경 방향으로 연장되는 각각의 코어 구멍 내경부는, 분리 벽 내로 연장되며, 따라서 분리 벽은, 각각의 이러한 코어 구멍 내경부들의 영역에서 중단된다. 이러한 특징부들은 또한, 터빈 유입 하우징의 쉽고 효과적인 냉각을 위해 그리고 격납 안전성의 간단하고 효과적인 증가를 위해 역할을 한다. 이 때문에, 터빈 유입 하우징의 수명이 증가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다. 본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않는, 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은, 초안 형태의, 터빈 및 베어링 하우징의 영역에서의 본 발명에 따른 터보차저를 통한 축 방향의 단면도이며; 그리고
도 2는 도 1의 터빈의 터빈 유입 하우징을 통한 반경 방향의 단면도이다.
본 발명은, 터보차저에 관한 것이다. 터보차저는, 제1 매체를 팽창시키기 위한, 특히 내연 기관의 배기 가스를 팽창시키기 위한, 터빈을 포함한다. 더불어, 터보차저는, 말하자면 제1 매체의 팽창 도중에 터빈 내에서 추출되는 에너지를 활용하여, 제2 매체를, 특히 충전 공기를 압축하기 위한 압축기를 포함한다. 터빈은, 터빈 하우징 및 터빈 로터를 포함한다. 압축기는, 압축기 하우징 및 압축기 로터를 포함한다. 압축기 로터는, 베어링 하우징 내에 장착되는 샤프트를 통해 터빈 로터에 연결되고, 베어링 하우징은, 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 배치되며, 그리고 터빈 하우징과 압축기 하우징 양자 모두에 연결된다. 본 명세서에서 해소되는 분야의 숙련자는, 터보차저의 기본적 구조에 친숙하다.
도 1은, 초안 형태의, 터빈(1) 및 베어링 하우징(2)의 영역에서의 터보차저를 통한 개략적 단면도를 도시한다. 터빈(1)은 터빈 하우징(3)을 포함하고, 터빈 하우징(3)은 터빈 유입 하우징(4) 및 삽입 부재(5)를 포함한다. 더불어, 터빈(1)은 터빈 로터(6)를 포함한다. 터빈(1)의 터빈 로터(6)는, 샤프트(7)를 통해, 도시되지 않은 터보차저의 압축기의 압축기 로터에 연결되고, 샤프트(7)는 베어링 하우징(2) 내에 장착된다.
터빈 하우징(3), 말하자면 터빈 유입 하우징(4)은, 터빈 유입 하우징의 측면(8)에서, 베어링 하우징(2)에 그리고, 말하자면 도시된 예시적인 실시예에서 클램핑 발톱(10) 및 복수의 체결 스크류(11)를 포함하는 클램핑 발톱 연결구(9)를 통해, 연결된다. 터빈 유입 하우징(4)의 이러한 축방향 측면(8) 상에서, 클램핑 발톱(10)은, 터빈 유입 하우징(4)의 섹션(12) 및 베어링 하우징(2)의 섹션(13)을 커버하고, 체결 스크류들(11)은, 클램핑 발톱(10)을 관통하여 터빈 유입 하우징(4)의 섹션(12) 내로 연장되며 그리고 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2)을 함께 클램핑한다. 이러한 축방향 측면(8) 반대편에 위치하게 되는 터빈 하우징(3)의 측면(14) 상에, 삽입 부재(5)가 배치되고, 이러한 축방향 측면 상에서 삽입 부재는, 터빈 유입 하우징(4)에 대해 돌출하며 그리고 터빈 로터(6)의 영역에서 터빈(1)으로부터 팽창되는 제1 매체를 방출한다.
본 발명에 따른 터보차저의 터빈 유입 하우징(4)은, 나선형의 단일 부품형 및, 말하자면 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15)과 터빈 유입 하우징(4)의 내측벽(16) 사이에 냉각수를 위한 물 덕트(17)가 형성되는 방식의, 이중벽 방식으로 설계되고, 이러한 냉각수는 터빈 유입 하우징을 냉각하는 역할을 한다. 따라서, 물 덕트(17)는, 반경 방향 외측에서 나선형의 단일 부품형 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15)에 의해 그리고 반경 방향 내측에서 내측벽(16)에 의해 경계한정되고, 물 덕트(17)로부터 멀어지게 지향하는 내측벽(16)의 측면 상에, 팽창될 제1 매체를 위한 터빈 유입 하우징(4)의 안내 덕트(18)가, 직접적으로 이어진다.
물 덕트(17)는, 터빈 유입 하우징(4)의 열적 부하를 감소시키며, 그리고 더불어 물 덕트(17)는, 터빈 유입 하우징의 격납 안전성을 증가시킨다. 전체적으로, 터빈 유입 하우징(4)의 수명이 증가될 수 있다.
도시된 바람직한 예시적 실시예에서, 유입 하우징(4)의 둘레 방향으로 둘러싸며 그리고 외측벽(15)과 내측벽(16) 사이에서 연장되는, 분리 벽(19)이, 물 덕트(17) 내부에 형성되고, 분리 벽은, 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15) 내로 도입되며 그리고 분리 벽(19) 내에 반경 방향으로 만입부들(21)을 형성하는, 코어 구멍 내경부들(20)에 의해 중단된다. 여기서, 물 덕트(17)는, 분리 벽(19)을 통해, 2개의 2개의 부분 덕트(17a, 17b)로 분할되고, 이러한 2개의 부분 덕트(17a, 17b)는, 코어 구멍 내경부들(20)의 영역에서, 분리 벽(19) 내로 연장되어 분리 벽(19)의 영역에 개구들(21)을 제공하는, 코어 구멍 내경부들(20)에 의해 연결된다. 이 때문에, 2개의 부분 덕트(17a, 17b) 사이에서의 냉각수의 전달이 가능해질 수 있다.
둘레 방향에서 볼 때, 반경 방향으로 연장되는 복수의 그러한 코어 구멍 내경부(20)가, 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15) 위에 분포되고, 반경 방향으로 연장되는 각각의 코어 구멍 내경부(20)는, 분리 벽(19) 내로 연장되며, 따라서 복수의 둘레 방향 위치에서, 말하자면 코어 구멍 내경부들(20)이 형성되는 곳 어디서나, 물 덕트(17)의 부분 덕트들(17a, 17b) 사이에서의 냉각수의 전달이 가능하다.
이미 설명된 바와 같이, 터빈 유입 하우징(4)은, 단일체형으로 또는 단일품으로 구현되고, 분리 벽(19)은, 외측벽(15) 및 내측벽(16)과 함께, 바람직하게 주조에 의해 제조되는, 단일체 또는 단일품의 터빈 유입 하우징(4)의 일체형 부분이다.
이미 설명된 바와 같이, 물 덕트(17)는, 분리 벽(19)을 통해, 2개의 부분 덕트(17a, 17b)로 세분되고, 2개의 부분 덕트는 개구들(21)을 통해 연결된다. 여기서, 부분 덕트(17a)는 터빈 유입 하우징(4)의 축방향 측면(8)의 영역에서 연장되며 그리고 부분 덕트(17b)는 축방향 측면(14)의 영역에서 연장된다.
본 발명의 도시된 바람직한 예시적 실시예에서, 부분 덕트(17a)가, 반경 방향에서 볼 때, 클램핑 발톱 연결구(9)의 체결 스크류들(11)이 그 내부로 연장되는 것인, 터빈 유입 하우징(4)의 섹션(12)으로부터 이격되도록 하는 방식으로, 부분 덕트(17a)가, 축방향 측면(8)의 영역에서, 반경 방향 내측으로 연장되도록 제공된다. 마찬가지로 반대편에 위치하게 되는 축방향 측면(14) 상에서 연장되는 부분 덕트(17b)는, 말하자면 부분 덕트(17b)가, 반경 방향에서 볼 때, 터빈 유입 하우징(4)의 축방향 측면(14) 상에서, 삽입 부재(5)의 반경방향 외측 섹션(23)이 그에 대항하여 놓이는 것인, 터빈 유입 하우징(4)의 섹션(22) 내로 가능한 한 연장되는 방식으로, 반경 방향으로 내측으로 연장된다. 이 때문에, 열이 또한, 부재(5)로부터, 말하자면 계속 팽창될 제1 매체와 접촉 상태에 놓이는 섹션(23)으로부터, 효과적으로 방출될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 그의 터빈(1)이 도시된 예시적인 실시예에서 레이디얼 터빈으로서 구현되는 것인, 터보차저에 관련된다. 여기서, 본 발명은, 레이디얼 터빈으로서 구현되는 터보차저의 터빈(1)의 터빈 하우징(3)의 터빈 유입 하우징(4)의 설계 사부사항에 관련된다. 본 발명에 따른 세부사항으로 인해, 열이, 터빈 유입 하우징의 열적 부하를 감소시키기 위해, 터빈 유입 하우징으로부터 효과적으로 방출될 수 있다. 더불어, 상기 세부사항은, 전체적으로 격납 안전성을 증가시키는 역할하며, 그리고 터빈 유입 하우징(4) 및 그에 따른 터빈(1)의 수명이, 증가될 수 있다.
1: 터빈 2: 베어링 하우징
3: 터빈 하우징 4: 터빈 유입 하우징
5: 삽입 부재 6: 터빈 로터
7: 샤프트 8: 측면
9: 클램핑 발톱 연결구 10: 클램핑 발톱
11: 체결 스크류 12: 섹션
13: 섹션 14: 측면
15: 벽 16: 벽
17: 물 덕트 17a: 부분 덕트
17b: 부분 덕트 18: 안내 덕트
19: 분리 벽 20: 코어 구멍 내경부
21: 개구 22: 섹션
23: 섹션

Claims (8)

  1. 터보차저로서,
    제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈(1)을 갖고,
    제1 매체의 팽창 도중에 터빈(1) 내에서 추출되는 에너지를 활용하여, 제2 매체를 압축하기 위한 압축기를 가지며,
    상기 터빈(1)은, 터빈 유입 하우징(4)을 갖는 터빈 하우징(3) 및 터빈 로터(6)를 포함하며,
    상기 압축기는, 압축기 하우징 및, 샤프트(7)를 통해 터빈 로터(6)에 연결되는, 압축기 로터를 포함하고,
    상기 터빈 하우징(3) 및 상기 압축기 하우징은 각각, 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 배열되는, 베어링 하우징(2)에 연결되며, 베어링 하우징 내에 상기 샤프트(7)가 장착되는 것인, 터보차저에 있어서,
    상기 터빈 유입 하우징(4)은, 나선형의 단일 부품형으로, 그리고 터빈 유입 하우징(4)의 외측벽(15)과 터빈 유입 하우징(4)의 내측벽(16) 사이에 냉각수를 전달하기 위한 물 덕트(17)가 형성되는 그리고 상기 물 덕트(17)를 경계한정하는 터빈 유입 하우징(4)의 상기 내측벽(16)이, 상기 물 덕트(17)로부터 멀어지게 지향하는 상기 내측벽(16)의 측면 상에서, 팽창될 상기 제1 매체의 안내 덕트(18)에 직접적으로 이어지는, 이중벽 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 물 덕트(17) 내부에, 둘레 방향에서 볼 때, 상기 외측벽(15)과 상기 내측벽(16) 사이에서 연장되는 둘레 방향 분리 벽(19)이 형성되고, 분리 벽은, 외측벽(15) 내로 도입되며 그리고 반경 방향으로 연장되는, 코어 구멍 내경부들(20)에 의해 중단되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분리 벽(19)은, 상기 물 덕트(17)를 2개의 부분 덕트(17a, 17b)로 세분하며, 2개의 부분 덕트는 서로에 대해, 상기 분리 벽(19) 내로 연장되는 상기 코어 구멍 내경부들(20)을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  4. 제 3항에 있어서,
    반경 방향으로 연장되는 각각의 상기 코어 구멍 내경부(20)는, 상기 분리 벽(19) 내로 연장되고, 따라서 상기 분리 벽(19)은, 각각의 이러한 코어 구멍 내경부(20)의 영역에서 중단되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 벽(19)은, 상기 외측벽(15) 및 상기 내측벽(16)과 함께, 나선형의 단일 부품형 및 이중벽형 터빈 유입 하우징(4)의 부분인 것을 특징으로 하는 터보차저.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈 유입 하우징(4)은, 제1 축방향 측면(8) 상에서, 제1 섹션(12)에 의해 베어링 하우징(2)과 접경하며, 그리고 제2 축방향 측면(14) 상에서, 제2 섹션(22)에 의해 삽입 부재(5)와 접경하고, 상기 물 덕트(17)는, 제1 축방향 측면(8) 상에서, 반경 방향에서 볼 때, 상기 제1 섹션(12)으로부터 이격되게 종결되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 물 덕트(17)는, 제2 축방향 측면(14) 상에서, 반경 방향에서 볼 때, 가능한 한 상기 제2 섹션(22) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈은, 레이디얼 터빈인 것을 특징으로 하는 터보차저.
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