KR20180125382A - 터보차저 - Google Patents
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Abstract
터보차저는 제1 매체를 팽창시키는 터빈, 및 제1 매체의 팽창 중에 터빈에서 추출된 에너지를 활용하여 제2 매체를 압축하는 압축기를 포함하고, 터빈은 터빈 하우징(2)과 터빈 로터(3)를 포함하며, 압축기는 압축기 하우징과, 샤프트(4)를 통해 터빈 로터에 커플링되는 압축기 로터를 포함하고, 터빈 하우징과 압축기 하우징은 각각 이들 사이에 배치되고 샤프트(4)가 장착되는 베어링 하우징(1)에 연결되며, 베어링 하우징(1)은 보정 요소(7)를 통해 터빈 하우징의 터빈 유입 하우징(2)에 결합된다.
Description
본 발명은 터보차저에 관한 것이다.
터보차저는 터빈과 압축기를 포함한다. 터보차저의 터빈에서는, 제1 매체, 구체적으로 배기가스가 팽창되고, 이 프로세스에서 에너지가 추출된다. 터보차저의 압축기에서는, 제1 매체의 팽창 중에 터빈에서 추출되는 에너지를 활용하여 제2 매체, 구체적으로는 급기가 압축된다. 터보차저의 터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터를 포함한다. 터빈 로터의 압축기와 압축기 로터는 베어링 하우징에 장착된 샤프트를 통해 커플링되며, 베어링 하우징은 한편에서는 터빈 하우징에 그리고 다른 한편에서는 압축기 하우징에 결합된다.
현장으로부터, 마찬가지로, 터보차저의 터빈 하우징이 터빈 유입 하우징 - 팽창 대상 매체를 터빈 로터에 공급할 수 있음 - 을 포함하는 것이 알려져 있다. 터빈 하우징은 통상적으로 터빈 하우징의 노즐 링과 인서트 부재를 수용한다. 인서트 부재에 의해, 팽창된 제1 매체가 터빈으로부터 배출될 수 있으며, 인서트 부재는 터빈 로터의 이동 블레이드에 인접하게 반경방향 외측으로 연장된다. 터빈 안내 장치나 안내 그릴이나 안내 장치로도 기술되는 노즐 링은 안내 블레이드를 포함하며, 안내 블레이드는 제1 매체의 흐름 방향으로 봤을 때에 터빈 로터의 상류에 위치 설정되고, 안내 블레이드를 통해 팽창 대상 제1 매체가 터빈 로터의 상류로 안내된다.
현장으로부터 알려진 터보차저에서, 터빈 유입 하우징은 통상적으로 클램핑 클로 연결부(clamping claw connection)를 통해 베어링 하우징에 결합된다. 베어링 하우징에 대한 터빈 유입 하우징의 그러한 결합은 그 구성으로 인해 비판적으로 평가되어야만 하는데, 그 이유는 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징의 온도차가 통상적으로 크기 때문이다. 따라서, 터빈 유입 하우징은 비교적 고온 배기가스에 노출되고, 따라서 베어링 하우징보다 높은 열하중을 받는다. 이로 인해, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 간의 결합 영역에 온도 유도 변형이 발생할 수 있고, 이러한 변형은 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 사이의 클램핑 클로 결합부의 기밀성에 악영향을 준다. 이와 관련하여, 베어링 하우징에 터빈 유입 하우징을 양호하게 부착할 필요가 있다.
이것으로부터 시작하여, 본 발명은 신규한 타입의 터보차저를 형성하고자 하는 목적에 기초한다.
이 목적은 청구항 1에 따른 터보차저를 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 베어링 하우징은 보정 요소를 통해 터빈 하우징의 터빈 유입 하우징에 결합된다. 보정 요소에 의해, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 간의 결합 영역에서의 온도 유도 변형이 상쇄될 수 있다. 반경방향으로, 보정 요소가 유연하고 탄성이 있기 때문에, 보정 요소는 반경방향 팽창이 이루어지고, 이에 따라 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 간의 온도 유도 변위를 흡수 또는 상쇄한다.
바람직하게는, 보정 요소는 반경방향 외측 섹션에서 터빈 유입 하우징에 그리고 반경방향 내측 섹션에서 베어링 하우징에 결합되며, 반경방향으로 봤을 때에 벨로우즈 섹션 형태로 윤곽이 형성되거나 절곡 프로파일을 갖는 벽이 반경방향 외측 섹션과 반경방향 내측 섹션 사이에서 연장된다. 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징에 대한 상기한 보정 요소의 결합 및 구성은 매우 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 보정 요소는 니켈계 합금재로 이루어진다. 매우 바람직하게는, 니켈계 합금재는 중량%로 아래의 조성을 갖는다: 50.00 내지 55.00 % 니켈(Ni), 17.00 내지 21.00 % 크롬(Cr), 4.75 내지 5.50 % 니오븀(Nb), 2.80 내지 3.30 % 몰리브덴(Mo), 0.65 내지 1.15 % 티탄(Ti), 0.20 내지 0.80 % 알루미늄(Al), 잔부 철(Fe). 보정 요소를 위한 상기한 재료는 600 ℃를 초과하는 온도에서도 보정 요소를 위한 적절히 높은 크리프 저항을 제공한다. 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징은 현장으로부터 알려진 터보차저에서 통상적으로 사용되는 것과 동일한 금속재로 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 양태는 종속항 및 아래의 설명에서 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 의해 보다 상세히 설명되지만, 도면으로 제한되지 않는다.
도 1은 터빈과 베어링 하우징 영역에서의 본 발명에 따른 터보차저를 축방향으로 관통한 부분 단면도.
본 발명은 터보차저에 관한 것이다. 터보차저는 제1 매체를 팽창시키는, 구체적으로는 내연기관의 배기 가스를 팽창시키는 터빈을 포함한다. 더욱이, 터보차저는 제1 매체의 팽창 중에 터빈에서 추출되는 에너지를 활용하여 제2 매체, 구체적으로는 급기를 압축하는 압축기를 포함한다. 여기에서, 터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터를 포함한다. 압축기는 압축기 하우징과 압축기 로터를 포함한다. 압축기 로터는 지지 하우징에 장착되는 샤프트를 통해 터빈 로터에 커플링되고, 베어링 하우징은 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 위치 설정되며, 터빈 하우징과 압축기 하우징 모두에 결합된다.
여기에서 설명하는 기술분야의 숙련자라면 상기 터보차저의 기본적인 구성과 친숙하다.
도 1은 터빈에 있는 터빈 하우징의 터빈 유입 하우징(2)과 베어링 하우징(1) 간의 결합 영역에서의 본 발명에 따른 터보차저의 일부를 보여준다. 도 1은 더욱이 터빈 로터(3)와 샤프트(4)의 일부를 보여주며, 터빈 로터(3)는 샤프트(4)를 통해 압축기 로터 - 도시하지 않음 - 에 커플링된다. 베어링 하우징(1)은, 베어링 하우징(1)에 결합되고, 축방향으로 봤을 때에 터빈 로터(3)와 베어링 하우징(1) 사이의 섹션에 위치 설정되는 베어링 하우징 커버(5)를 포함한다.
터빈 유입 하우징(2)은 팽창 대상 제1 매체를 터빈 로터(3)에 공급하며, 팽창 대상 제1 매체의 흐름 방향으로 봤을 때에 소위 노즐 링(6)이 터빈 로터(3) 상류에 위치 설정되며, 노즐 링(6)은 또한 터빈 안내 장치라고도 기술되며, 노즐 링(6)을 통해 터빈 로터(3)에 공급되는 매체가 노즐 링(6)의 안내 블레이드를 통해 터빈 로터(3) 상류로 안내된다.
본 발명은, 말하자면 보정 요소(7)를 통한 베어링 하우징(1)에 대한 터빈 유입 하우징(2)의 전적으로 신규한 타입의 결합부를 제공한다. 따라서, 베어링 하우징(1)과 터빈 유입 하우징(2)은 보정 요소(7)를 통해 서로 결합되며, 베어링 하우징(1)와 터빈 유입 하우징(2)의 상이한 온도 유도 열 변형을 상쇄시키기 위해, 보정 요소는 반경방향으로 유연하고 탄성이 있다. 보정 요소(7)는 그 탄성에 의해 온도 유도 반경방향 팽창을 상쇄할 수 있다.
보정 요소(7)는 이 보정 요소(7)의 반경방향 외측 섹션(8)에 의해 터빈 유입 하우징(2)에 장착되고, 이 보정 요소의 반경방향 내측 섹션(9)에 의해 베어링 하우징에 결합된다. 통상적으로, 여기에서는 보정 요소(7)와 터빈 유입 하우징(2) 및 베어링 하우징 간의 나사 결합이 각각 제공된다.
보정 요소(7)는 보정 요소의 2 섹션(8, 9)들 사이에 벽을 포함하며, 이 벽은 반경방향으로 봤을 때에 벨로우즈 섹션 형태로 윤곽이 형성되거나 절곡 코스를 따른다. 온도 유도 반경방향 팽창을 상쇄하기 위해, 이 벽(10)은 벨로우즈식으로 또는 콘서티나(concertina)처럼 변형 가능하다.
보정 요소(7)의 2 섹션(8, 9)들은 축방향으로 봤을 때에 대략 동일한 축방향 위치에 배치된다. 그러나, 반경방향으로 봤을 때에 2 섹션(8, 9) 사이에는 명확한 오프셋이 존재하며, 벨로우즈 섹션 형태로 윤곽이 형성되거나 절곡 코스를 따르는 벽은 부분적으로는 반경방향으로 연장되고, 부분적으로는 축방향으로 연장되며 이들 사이에 절곡 섹션이 형성된다.
팽창 대상 제1 매체의 흐름 방향으로 봤을 때, 보정 요소(7)의 섹션(8)은, 노즐 링(6)의 상류에 위치 설정되는 터빈 유입 하우징(2)의 섹션(11)에 작용한다. 보정 요소(7)의 섹션(9)이 작용하는 베어링 하우징(1)의 섹션(12)은 반경방향으로 봤을 때에, 대략 노즐 링(6)의 반경방향 높이에 위치 설정된다.
보정 요소(7)는 니켈계 합금재로 제조된다.
바람직하게는, 니켈계 합금재는 중량%로 아래의 조성을 갖는다: 50.00 내지 55.00 % 니켈(Ni), 17.00 내지 21.00 % 크롬(Cr), 4.75 내지 5.50 % 니오븀(Nb), 2.80 내지 3.30 % 몰리브덴(Mo), 0.65 내지 1.15 % 티탄(Ti), 잔부 코발트, 탄소, 마그네슘, 규소, 인, 황, 붕소, 구리, 철(Fe).
50.00 내지 55.00 % 니켈(Ni)
17.00 내지 21.00 % 크롬(Cr)
4.75 내지 5.50 % 니오븀(Nb)
2.80 내지 3.30 % 몰리브덴(Mo)
0.65 내지 1.15 % 티탄(Ti)
0.20 내지 0.80 % 알루미늄(Al)
0.00 내지 1.00 % 코발트(Co)
0.00 내지 0.08 % 탄소(C)
0.00 내지 0.35 % 마그네슘(Mg)
0.00 내지 0.35 % 규소(Si)
0.00 내지 0.015 % 인(P)
0.00 내지 0.017 % 황(S)
0.00 내지 0.006 % 붕소(B)
0.00 내지 0.30 % 구리(Cu)
잔부 철(Fe)
상기한 니켈계 합금재는 600 ℃를 상회하는 온도에서도 양호한 크리프 저항을 갖기 때문에, 보정 요소(7)의 온도 유도 파손이 예상되지 않는다.
보정 요소(7)는 단지 베어링 하우징(1)과 터빈 유입 하우징(2) 간의 결합 영역에서의 온도 유도 반경방향 팽창을 보정하는 역할을 할 뿐만 아니라, 이와 대조적으로 터보차저의 격납 안전성도 또한 향상시킬 수 있다. 터빈 로터(3)가 폭발하면, 파편들의 운동 에너지도 또한 보정 요소(7)를 통해 억제될 수 있다.
1 : 베어링 하우징
2 : 터빈 유입 하우징
3 : 터빈 로터
4 : 샤프트
5 : 베어링 하우징 커버
6 : 노즐 링
7 : 보정 요소
8 : 섹션
9 : 섹션
10 : 벽
11 : 섹션
12 : 섹션
2 : 터빈 유입 하우징
3 : 터빈 로터
4 : 샤프트
5 : 베어링 하우징 커버
6 : 노즐 링
7 : 보정 요소
8 : 섹션
9 : 섹션
10 : 벽
11 : 섹션
12 : 섹션
Claims (9)
- 터보차저(1)로서,
제1 매체를 팽창시키는 터빈, 및 제1 매체의 팽창 중에 터빈에서 추출된 에너지를 활용하여 제2 매체를 압축하는 압축기를 포함하고,
터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터(3)를 포함하며,
압축기는 압축기 하우징과, 샤프트(4)를 통해 터빈 로터(3)에 커플링되는 압축기 로터를 포함하고,
터빈 하우징과 압축기 하우징은 각각 이들 사이에 배치되고 샤프트(4)가 장착되는 베어링 하우징(1)에 연결되는 것인 터보차저에 있어서,
베어링 하우징(1)은 보정 요소(7)를 통해 터빈 하우징의 터빈 유입 하우징(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 터보차저. - 제1항에 있어서, 보정 요소(7)는 반경방향 외측 섹션(8)에서 터빈 유입 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 보정 요소(7)는 반경방향 내측 섹션(9)에서 베어링 하우징(1)에 결합되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 보정 요소(7)는 반경방향으로 봤을 때에 벨로우즈 섹션 형태로 윤곽이 형성되거나, 절곡 코스를 따르는 벽(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 하우징(1)에 베어링 하우징 커버(5)가 결합되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 보정 요소(7)는 니켈계 합금재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제6항에 있어서, 니켈계 합금재는 중량%로 50.00 내지 55.00 % 니켈(Ni), 17.00 내지 21.00 % 크롬(Cr), 4.75 내지 5.50 % 니오븀(Nb), 2.80 내지 3.30 % 몰리브덴(Mo), 0.65 내지 1.15% 티탄(Ti), 0.20 내지 0.80 % 알루미늄(Al), 잔부 철(Fe)의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제7항에 있어서, 니켈계 합금재는 최대 1.00 % 코발트(Co), 최대 0.08 % 탄소(C), 최대 0.35 % 마그네슘(Mg), 최대 0.35 % 실리콘(Si), 최대 0.015 % 인(P), 최대 0.017% 황(S), 최대 0.006% 붕소(B) 및 최대 0.30% 구리(Cu)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 터빈은 반경류 터빈인 것을 특징으로 하는 터보차저.
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