KR20200111100A - 부가식으로 제조되는 구성요소-내부 냉각 통로들을 사용하는 터보차저의 로터 및 스테이터 구성요소들의 냉각 - Google Patents

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KR20200111100A
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compressor
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KR1020200026529A
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루츠 아우라흐스
슈테판 바이하르드
크리스토프 라이텐마이어
클라우디우스 부름
슈테판 로스트
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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

본 발명은, 각각 로터(21, 31) 및 스테이터(22, 32)를 포함하는 터빈(2) 및 압축기(3)를 구비하는, 터보차저(1)로서, 개별적인 로터들(21, 31) 및/또는 스테이터들(22, 32) 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 또는 완전히 벽(14)에 위해 둘러싸이는, 냉각을 위한 적어도 하나의 내부 유동 통로(4)를 구비하며, 그리고 적어도 하나의 유동 통로(4)를 구비하는 개별적인 로터(21, 31) 및/또는 스테이터(22, 32)는, 적어도 부분적으로 부가식 제조에 의해 생성되는 것인, 터보차저(1)에 관한 것이다. 더불어, 본 발명은, 그러한 터보차저(1)를 생성하는 방법에 관한 것이다.

Description

부가식으로 제조되는 구성요소-내부 냉각 통로들을 사용하는 터보차저의 로터 및 스테이터 구성요소들의 냉각{COOLING OF ROTOR AND STATOR COMPONENTS OF A TURBOCHARGER USING ADDITIVELY MANUFACTURED COMPONENT-INTERNAL COOLING PASSAGES}
본 발명은, 각각 로터 및 스테이터를 포함하며 그리고 개별적인 로터들 및/또는 스테이터들 중의 적어도 하나는 냉각을 위한 적어도 하나의 내부 유동 통로를 구비하는 것인, 터빈 및 압축기를 구비하는, 터보차저에 관한 것이다. 더불어, 본 발명은, 그러한 터보차저를 생성하는 방법에 관한 것이다.
압축기를 구동하는 터빈을 갖는 터보차저들의 냉각은, 종래기술에 따라, 주조 금형(casting mould)의 긴 보어들 또는 대용적 캐비티들을 통해 냉각 매체를 전달함에 의해, 이루어진다. 적용되는 제조 기술들 및 생성 방법들 때문에, 적용 가능한 냉각 개념들이, 현재 크게 제한된다. 가스 터빈들 및 항공 터빈들에서 상응하게 사용되는, 로터 및 스테이터 구성요소들의 내부 냉각 및 필름 냉각이, 냉각 통로들의 복잡한 기하학적 형상 때문에, 이러한 생성 방법들에 의해 수행될 수 없다. 한편으로, 터보차저의 구성요소들의 높은 열적 부하, 그리고 다른 한편으로, 이러한 구성요소들의 추가적인 효율 최적화가 불가능하다는 것이, 터보차저들에 대한 이러한 냉각 개념들에 관하여 불리하다. 그러나, 적절한 냉각 개념이, 터보차저의 효율의 실질적인 개선 가능성을 제공한다.
그에 따라, 본 발명의 목적은, 적절한 냉각 개념에 의해, 효율을 추가적으로 최적화하는 가운데 터보차저의 구성요소들의 열적 부하를 감소시키는, 터보차저 및 터보차저를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 특허 청구범위 제 1항에 따른 특징 조합을 통해 해소된다.
본 발명에 따르면, 각각 로터 및 스테이터를 포함하는 터빈 및 압축기를 구비하는, 터보차저가, 그에 따라 제안된다. 여기서, 개별적인 로터들 및/또는 스테이터들 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 또는 완전히 벽에 의해 둘러싸이는, 냉각을 위한 적어도 하나의 내부 유동 통로를 구비한다. 적어도 하나의 유동 통로를 구비하는 개별적인 로터 및/또는 스테이터는, 적어도 부분적으로 부가식 제조(additive manufacturing)에 의해 생성된다. 부가식 제조 방법에 의해, 유동 통로는, 관련 구성요소를 냉각하기 위해 최적으로 설계될 수 있다. 이에 의해, 결국 결과적으로 열적 부하에 종속되는 압축기 및 터빈의 구성요소들의 수명에 대한 개선을 갖는, 터보차저 구성요소들의 더욱 집중적인 냉각이, 가능하게 된다. 더불어, 이것이 압축기 프로세스에 수반되는 표면들의 더욱 집중적인 냉각으로 이어지는 것이, 유리하다. 이 때문에, 압축 효율이 개선된다. 결과적으로, 이는, 터보차저 효율에 관한 높은 요구 및 높은 에너지 밀도를 동반하는 적용들을 위해 특히 유리하다.
유리한 실시예 버전에서, 유동 통로 및/또는 개별적인 유동 통로를 둘러싸는 벽이, 전체적으로 부가식 제조에 의해 생산 또는 생성된 것이, 제공된다. 부가식 제조에 의해 유동 통로를 형성함에 있어서, 유동 통로 그리고 그에 따라 사용되는 냉각 매체가 또한 복잡한 구성요소 기하형상을 통해 전달될 수 있는 것이, 바람직하다.
우선적으로, 터보차저는, 개별적인 유동 통로가, 복수의 또는 다수의 유동 방향 변경을 구비하는 복잡한 경로를 따르도록, 설계된다. 이러한 방식으로, 관련 구성요소의 냉각이, 추가로 개선된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 개별적인 유동 통로는, 적어도 특정 섹션들에서, 유동 통로를 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸는 관련 로터 및/또는 스테이터 내부의 벽 내의 벽 근처의 경로를 따르는 것이, 제공된다. 그에 따라 가능해지는 벽 근처에서의 냉각 매체 전달 때문에, 높은 정도의 열교환이 달성되며, 그리고 터보차저의 효율이 추가로 향상된다.
더불어, 터빈의 로터가 터빈 허브 및 적어도 하나의 터빈 블레이드를 포함하는, 실시예가, 바람직하다. 유동 통로는, 적어도 축방향으로 터빈 허브 내부에서 그리고 터빈 블레이드 내부에서 연장된다. 이는, 이러한 구성요소들의 재료 온도를 낮추는데, 또는 밀봉 냉각 공기 또는 필름 냉각 공기를 도입하는데, 특히 유리하다.
다른 유리한 버전에서, 압축기의 로터는, 압축기 휠 및 적어도 하나의 압축기 블레이드를 포함한다. 여기서, 유동 통로는, 압축기 휠 및 적어도 하나의 압축기 블레이드 내부에서 연장된다. 이 때문에, 압축기 휠 내의 그리고 압축기 블레이드들 내의 재료 온도는, 더 낮아질 수 있거나, 또는 또한 압축 프로세스로부터의 열을 추출할 수 있다. 냉각 효과 그리고 그에 따라 또한 터보차저의 효율을 추가로 개선하기 위해, 압축기 및 터빈의 로터 내부의 냉각 매체의 전달이, 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 터보차저는, 터보차저가 하우징을 포함하며 그리고 유동 통로가 하우징 내부에서 연장되도록 하는 실시예로, 설계된다. 여기서, 하우징은, 적어도 부분적으로 또는 완전히, 부가식 제조에 의해 생성된다. 터보차저 하우징의 또는 스테이터 구성요소들의 부가적인 냉각에 의해, 하우징 구성요소들의 또는 스테이터 구성요소들의 또는 압축기 휠의 재료 온도는, 감소될 수 있으며, 그리고 열이 동시에 압축 프로세스로부터 소산될 수 있다.
더불어, 유동 통로가, 유동 통로 내로 냉각 유체를 수용하기 위한 개구를 형성하는, 유입구, 및 유동 통로 밖으로 냉각 유체를 내보내기 위한 개구를 형성하는, 배출구를 구비할 때, 유리하다. 이러한 방식으로, 냉각 매체가, 요구되는 위치에서, 유동 통로 내로 도입될 수 있거나, 또는 유동 통로 밖으로 방출될 수 있다. 유동 통로의 유입구 및 배출구의 적절한 위치설정이, 대응하는 구성요소 자체의 설계 및 그를 통한 전달에 관해, 그리고 결과적으로 또한 냉각 성능에 관해, 중대한 영향을 갖는다. 부가식 제조 때문에, 유입구 및 배출구는, 요구에 따라 위치설정될 수 있으며 그리고 효율은 그에 따라 개선될 수 있다.
제시된 터보차저에 대한 본 발명의 다른 개선예에서, 더불어, 유입구 및 배출구가, 서로 이격되도록 배열되는, 유동 통로 내로의 복수의 개구를 구비하는 것이, 제공된다. 이에 의해, 냉각 매체의 균등한 진입 또는 진출이 보장되며, 그리고 냉각 매체의 개선된 유동 또는 개선된 냉각 성능 때문에, 터보차저의 효율이, 최적화된다.
본 발명에 따라, 추가로, 내부 유동 통로를 구비하는 개별적인 로터 또는 스테이터가, 부가식 제조에 의해, 특히 대응하는 유동 통로를 형성하기 위한 3차원 프린팅 방법에 의해, 생성되는, 이상에 설명된 터보차저를 생성하는 방법이, 제안된다. 부가식 제조 방법에 의해, 유동 통로는, 터보차저 구성요소들의 최적 냉각의 요건들에 정확하게 정합될 수 있다. 냉각 성능은 그에 따라, 개별적인 적용 경우에 정확하게 정합될 수 있으며, 그리고 모든 터보차저들 및 터보차저 적용들이, 그에 따라 최적화되는 열적 가정(household)으로부터 이익을 얻을 수 있다.
상기 방법의 유리한 실시예 버전에서, 하우징 또는 스테이터 구성요소들이, 부가식 제조에 의해, 특히 3차원 프린팅에 의해, 생성되는 것이, 제공된다. 부가식 제조에 의한 하우징의 부가적인 제조에서, 이에 의해, 적용 가능한 냉각 개념들의 개수가 확대되는 것이, 바람직하다. 하우징의 또는 스테이터 구성요소들의 부가적인 냉각을 통해, 열이, 압축 프로세스 밖으로 부가적으로 방출될 수 있다. 더불어, 하우징 구성요소들의 또는 스테이터 구성요소들의 또는 압축기 휠의 재료 온도는, 감소된다.
우선적으로, 방법은, 로터의, 스테이터의 또는 하우징의, 개별적인 유동 통로가, 요구되는 냉각 용량에 의존하여, 상이한 유동 방향을 갖는 복수의 유동 통로 섹션을 통해 형성되도록, 수행된다. 유동 통로의 이러한 구성과 더불어, 유동 통로의 냉각 성능은, 관련 요건에 대해 정확하게, 관련 터보차저 구성요소에 대해 정합될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 추가적 개선예들이, 종속청구항들에서 나타나거나 또는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명과 함께 도면에 의해, 더욱 상세하게 예시된다.
도면에서:
도 1은, 터빈 내로의 부가적인 냉각 공기 전달부를 갖는, 로터의 단면도이며,
도 2는, 압축기 내로의 부가식으로 제조된 냉각 공기 전달부를 갖는, 로터의 단면도이고,
도 3은, 부가식으로 제조된 냉각 공기 전달부를 갖는, 액시얼 터빈의 스테이터의 사시도이며, 그리고
도 4는, 부가식으로 제조된 냉각 공기 전달부를 갖는, 터보차저 하우징의 단면도이다.
도 1에, 터빈(2) 내로의 부가식으로 제조된 유동 통로(4)를 갖는, 터빈(2)의 로터(21)의 단면도가, 도시된다. 여기서, 내부 유동 통로(4)는, 벽(14)에 의해 완전히 둘러싸인다. 유동 통로(4) 그리고 또한 벽(14)은 양자 모두, 완전히, 부가식 제조에 의해 생성된다. 더불어, 터빈(2)의 로터(21)는, 터빈 허브(5) 및 복수의 터빈 블레이드(6)를 포함한다.
도 1에 도시된 유동 통로(4)는, 복수의 유동 방향 변경을 구비하는, 복잡한 경로를 따른다. 터빈 허브(5)의 구역에서, 이러한 유동 통로(4)는, 유동 통로(4) 내로 냉각 유체를 수용하기 위한 대응하는 개구(11)를 갖는, 유입구(10)를 형성한다. 이러한 개구(11)로부터, 유동 통로(4)는, 초기에 반경 방향으로 로터(21)의 중심축의 방향으로 연장되며, 그리고 후속적으로, 유동 통로(4)를 경계결정하는 벽(14)이 중심축의 구역에 배열되도록, 호-형상 경로를 따른다. 이러한 호-형상 섹션으로부터, 유동 통로(4)는, 터빈 허브(5) 내부에서, 로터(21)의 축방향으로 중심축에 실질적으로 평행하게 추가로 연장된다. 이러한 섹션은, 유동 통로(4)가, 터빈 블레이드(6)의 에지에서, 결국 유동 통로(4) 밖으로 냉각 유체를 내보내기 위한 개구(13)를 형성하는, 배출구(12)를 구비할 때까지, 터빈 블레이드들(6) 내부에서 연장되는, 유동 통로(4)의 S-자형 경로를 따르는 섹션과 이웃한다. 더불어, 유동 통로(4)는, 터빈 블레이드들(6) 내부에서 유동 통로(4)를 완전히 둘러싸는 벽(14) 상의 특정 섹션들에서, 벽 근처의 경로를 따른다.
도 2는, 압축기 휠(7) 및 복수의 압축기 블레이드(8)를 포함하는, 압축기(3) 내부의 부가식으로 제조된 냉각 공기 전달부를 갖는 로터(31)의 단면도를 도시한다. 여기서, 유동 통로(4)는, 압축기 휠(7) 및 적어도 하나의 압축기 블레이드(8) 내부에서 연장된다. 유동 통로(4) 내로 냉각 유체를 수용하기 위한 개구(11)를 형성하는, 압축기 허브의 구역 내의 유입구(10)로부터 나오는, 유동 통로(4)는, 복수의 유동 방향 변경을 설명하는 복잡한 경로를 따른다. 도 2에서, 유동 통로(4)의 경로는, 유동 통로(4)가 유동 통로(4)를 완전히 둘러싸는 벽(14) 내부에서 벽 근처의 경로를 따르기 때문에, 초기에 압축기 블레이드 표면의 기하형상에 근사하게 대응한다. 이러한 섹션에 이어, 축 방향으로 그리고 로터(31)의 중심축과 평행하게 그리고 다시 압축기 허브로 연장되고, 후속적으로 호형으로 형성되며, 그리고 유동 통로(4) 밖으로 냉각 유체를 내보내기 위한 개구(13)를 갖는 배출구(12)를 향해 반경 방향 외측으로 연장되는, 유동 통로(4)의 부분이, 뒤따르게 된다.
도 3에, 부가식으로 제조된 냉각 공기 전달부를 갖는, 액시얼 터빈의 스테이터(32)의 사시도가, 도시된다. 터빈 블레이드(6)의 에지 구역에서, 유동 통로(4)는, 냉각 유체를 수용하기 위한 서로 이격되는 유동 통로(4) 내로의 복수의 개구(11)가 자체 상에 배열되는, 유입구(10)를 구비한다. 개별적인 개구(11)에 뒤따라, 유동 통로(4)는, 복수의 유동 방향 변경을 동반하는 복잡한 방식으로 그리고 스테이터(32) 내부에서 유동 통로(4)를 완전히 둘러싸는 벽(14) 내의 벽 근처의 특정 섹션들에서, 연장된다. 유동 통로(4)는, 결국 유동 통로(4) 밖으로 냉각 유체를 내보내기 위한 서로 이격된 복수의 개구(13)를 구비하는, 배출구(12)에서 종결된다.
도 4는, 부가식으로 생성된 냉각 공기 전달부를 구비하는, 하우징(9)을 구비하는 터보차저의 단면도를 도시한다. 더불어, 터보차저는, 압축기 휠(7) 및 복수의 압축기 블레이드(8)를 포함한다. 유동 통로(4)가, 하우징(9) 내부에서 연장된다.
본 발명의 실시예에서, 본 발명은, 이상에 진술된 바람직한 예시적 실시예들로 제한되지 않는다. 대조적으로, 심지어 기본적으로 상이한 유형의 실시예들을 갖는, 도시된 해법을 사용하는, 다수의 버전이, 고려될 수 있다.
1: 터보차저 2: 터빈
3: 압축기 21: 터빈의 로터
31: 압축기의 로터 22: 터빈의 스테이터
32: 압축기의 스테이터 4: 유동 통로
5: 터빈 허브 6: 터빈 블레이드
7: 압축기 휠 8: 압축기 블레이드
9: 하우징 10: 유입구
11: 개구 12: 배출구
13: 개구

Claims (12)

  1. 각각 로터(21, 31) 및 스테이터(22, 32)를 포함하는 터빈(2) 및 압축기(3)를 구비하는, 터보차저(1)로서,
    개별적인 로터들(21, 31) 및/또는 스테이터들(22, 32) 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 또는 완전히 벽(14)에 위해 둘러싸이는, 냉각을 위한 적어도 하나의 내부 유동 통로(4)를 구비하며, 그리고 적어도 하나의 유동 통로(4)를 구비하는 상기 개별적인 로터(21, 31) 및/또는 스테이터(22, 32)는, 적어도 부분적으로 부가식 제조에 의해 생성되는 것인, 터보차저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동 통로(4) 및/또는 개별적인 유동 통로(4)를 둘러싸는 상기 벽(14)은, 전체적으로 부가식 제조에 의해 생성 또는 생산되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  3. 제1항에 있어서,
    개별적인 유동 통로(4)는, 복수의 또는 다수의 유동 방향 변경을 구비하는 복잡한 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    개별적인 유동 통로(4)는, 상기 개별적인 로터(21, 31) 및/또는 스테이터(22, 32) 내부에서 상기 유동 통로(4)를 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸는 벽(14) 내의 적어도 특정 섹션들에서, 상기 벽 근처의 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈(2)의 상기 로터(21)는, 터빈 허브(5) 및 적어도 하나의 터빈 블레이드(6)를 포함하고, 상기 유동 통로(4)는, 상기 터빈 허브(5) 내부에서 적어도 부분적으로 그리고 상기 터빈 블레이드(6) 내부에서 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기(3)의 상기 로터(31)는, 압축기 휠(7) 및 적어도 하나의 압축기 블레이드(8)를 포함하고, 상기 유동 통로(4)는, 상기 압축기 휠(7) 및 상기 적어도 하나의 압축기 블레이드(8) 내부에서 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터보차저(1)는 하우징(9)을 포함하고, 상기 유동 통로(4)는 상기 하우징(9) 내부에서 연장되며 그리고 상기 하우징(9)은, 적어도 부분적으로 또는 완전히, 부가식 제조에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 통로(4)는, 상기 유동 통로(4) 내로 냉각 유체를 수용하기 위한 개구(11)를 형성하는, 유입구(10), 및 상기 유동 통로(4) 밖으로 냉각 유체를 내보내기 위한 개구(13)를 형성하는, 배출구(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입구(10) 및 상기 배출구(12)는, 서로 이격되어 배열되는, 상기 유동 통로(4) 내로의 복수의 개구(11, 13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 터보차저(1)를 생성하는 방법으로서,
    상응하는 유동 통로(4)를 형성하기 위해 내부 유동 통로(4)를 구비하는 개별적인 로터(21, 31) 또는 스테이터(22, 32)가, 부가식 제조에 의해, 특히 3차원 프린팅 방법에 의해, 생성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 생성하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 터보차저(1)는 하우징(9)을 구비하고, 상기 하우징(9)은, 부가식 제조에 의해, 특히 3차원 프린팅 의해, 생성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 생성하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 로터(21, 31)의, 상기 스테이터(22, 32)의 또는 상기 하우징(9)의 개별적인 유동 통로(4)가, 요구되는 냉각 용량에 의존하여 상이한 유동 방향을 갖는 복수의 유동 통로 섹션에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 생성하는 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL272021A (en) * 2020-01-13 2021-07-29 Technion Res & Development Found Ltd A generator based on an ultra-small gas turbine
US11885240B2 (en) 2021-05-24 2024-01-30 General Electric Company Polska sp.z o.o Gas turbine engine with fluid circuit and ejector
US11788425B2 (en) 2021-11-05 2023-10-17 General Electric Company Gas turbine engine with clearance control system
US11719115B2 (en) 2021-11-05 2023-08-08 General Electric Company Clearance control structure for a gas turbine engine
US11859500B2 (en) 2021-11-05 2024-01-02 General Electric Company Gas turbine engine with a fluid conduit system and a method of operating the same
US11802482B2 (en) 2022-01-28 2023-10-31 Hamilton Sundstrand Corporation Rotor with inlets to channels
EP4283093A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-29 Aurelia Turbines Oy Turbine wheel, gas turbine, and method for cooling a turbine wheel

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017025466A1 (de) * 2015-08-09 2017-02-16 Peter Ortmann Vorrichtung und verfahren zum umwandeln von elektrischer energie in wärme und zum speichern dieser wärme
FR3040733B1 (fr) * 2015-09-07 2018-08-31 Poly Shape Carter pour machines tournantes et en particulier pour turbomachines.

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