KR101055231B1 - 터빈 하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 간단한 수단을 사용하여 유동과 관련하여 축류 터빈의 유출 영역을 개선하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은, 축류 터빈에 있어서, 디퓨저에서부터 가스 출구 하우징까지의 유출 영역에서, 하우징을 내부 및 외부 유동 덕트를 조합한 하나의 구성 요소로서 형성함으로써 달성된다. 디퓨저를 가스 출구 하우징에 통합시킴으로써, 공기 역학적으로 최적화되고 최소의 압력손실과 함께 최대의 유동 감속을 보장하는 하우징이 제공된다.

터빈 하우징

Description

터빈 하우징 {TURBINE HOUSING}

본 발명은 과급식 내연기관용 배기가스 터보차저의 분야에 관한 것이다.

본 발명은 배기가스 터보차저의 축류 터빈 하우징 및 이러한 터빈 하우징의 제조 방법에 관한 것이다.

배기가스 터보차저는 내연기관, 특히 왕복 피스톤 내연기관의 성능을 향상시키기 위해 이용된다. 이 경우에, 배기가스 터보차저는 일반적으로 원심 압축기 및 반경류 또는 축류 터빈을 구비한다.

특정 적용을 위해 배기가스 터보차저를 설계할 때, 무엇보다도 터빈 측은 내연기관의 요구에 대응하도록 형성된다. 예를 들어, 소정의 터빈 크기, 즉 특정 터빈 휠 크기 및 상응하는 터빈 하우징을 위해서는 상이한 블레이드 높이들을 가진 터빈 블레이드들이 제공될 수 있다. 적용에 따라 보다 짧은 또는 보다 긴 블레이드들이 블레이드 지지체 상에 조립된다.

적용 변경에 대응하기 위해, 상이한 블레이드 높이를 가진 터빈 블레이드들은 현존하는 배기가스 터빈 안에 추후에 장착될 수 있어야 한다.

물론, 변경되는 블레이드 높이에 의해, 가동 블레이드의 바로 주변에 있는 하우징부도, 즉 특히 디퓨저 외부 벽도 맞춰져야만 한다. 이는, 통상적인 배기 가스 터빈에서, 특히 상당한 무게를 가질 수 있는 보다 큰 하우징부가 배기가스 터보차저 상에 대체되어야만 할 경우에 번거로울 수 있다.

예를 들어, DE 101 37 899 C1 에 공지된 바와 같이, 축류 터빈의 가스 출구 하우징은 일반적으로 집속 챔버로서 형성되어 있고, 상기 집속 챔버는 일방에 대략 반원형의 횡단면을 가지며 타방에 유출 라인과의 연결을 위한 둥근 또는 직사각형 플랜지를 가진다. 집속 챔버 안으로 디퓨저가 돌출하며, 이 디퓨저는 터빈 휠의 블레이드 링에 인접하게 사실상 축방향으로 뻗어 있고, 집속 챔버 안으로의 합류 영역에서 반경방향으로 전환한다. 유동은 통상적인 유출 하우징에서 디퓨저의 영역에서만, 정확히 맞춰진 디퓨저의 기하학을 토대로 제어된다. 유동이 집속 챔버 안으로 디퓨저를 떠나면, 유동은 제어되지 않은 채 진행된다.

본 발명의 목적은 간단한 수단을 사용하여 유동과 관련하여 축류 터빈의 유출 영역을 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은, 축류 터빈에 있어서, 디퓨저에서부터 가스 출구 하우징까지의 유출 영역에서, 하우징을 내부 및 외부 유동 덕트를 조합한 하나의 구성 요소로서 형성함으로써 달성된다. 가스 출구 하우징에 디퓨저를 통합함으로써, 공기 역학적으로 최적화되고 최소의 압력손실과 함께 최대의 유동 감속을 보장하는 하우징이 제공된다.

조합된 내부 및 외부 유동 덕트는 가스 출구 하우징 및 디퓨저 벽에 의해 한정되며, 이때 가스 출구 하우징과 디퓨저 벽 간의 교차점은 본 발명에 따르면 둘레를 따라 상이한 반경에 위치한다. 이로 인해, 둘레 방향으로 변화하는 2 개의 부분 유동 덕트들이 발생하며, 상기 부분 유동 덕트들은 원하는 유동 최적화에 대해 책임이 있다.

선택적으로, 디퓨저는 가동 블레이드의 반경방향 외부 영역에 교체 가능한 삽입물을 구비하며, 상기 삽입물은 필요시에는 선택된 터빈 블레이드 높이에 따라, 다른 기하학적 치수를 가진 다른 삽입물로 교체될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 장치를 도면에 개략적으로 도시하여 보다 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따라 통합된 디퓨저 및 가스 출구 하우징을 가진 축류 터빈의 유출 영역의 단면도이다.

도 2 는 터빈 블레이드의 반경방향 외부 영역에서 디퓨저 안에 배치되어 있는 교체 가능한 삽입물의 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 유출 영역에서의 하우징 10 : 가스 출구 하우징

11 : 외부 디퓨저 벽 12 : 내부 디퓨저 벽

13 : 내부 유동 채널 14 : 외부 유동 채널

15 : 삽입물 16 : 삽입물의 출구측 단부

17 : 가스 출구 하우징과 삽입물 사이의 반경방향 틈

2 : 가스 입구 하우징 3 : 터빈 휠

31 : 가동 블레이드 32 : 블레이드 팁

33 : 블레이드 팁과 하우징 사이의 간격 4 : 노즐 링

모든 도면에서, 동일하게 작용하는 요소는 동일한 도면 부호로 표시하였다.

도 1 은 축류 터빈의 유출 영역을 나타낸다. 유출 영역에서의 하우징 (1) 은 본질적으로, 터빈에 가까운 디퓨저 및 외부 가스 출구 하우징 (10) 을 포함하며, 상기 디퓨저는 내부 디퓨저 벽 (12) 및 외부 디퓨저 벽 (11) 에 의해 한정되어 있고, 상기 가스 출구 하우징은 디퓨저의 내부 영역 밖으로 나가는 내부 유동영역 (13) 의 내부 유동을 수용하여, 외부 유동영역 (14) 의 외부 유동으로 가스 출구 하우징의 출구 플랜지 쪽으로 안내한다. 터빈의 유출 영역에서의 하우징의 과제는 압력을 많이 손실하지 않고 배기가스의 유동 속도를 지연시키는 것이다.

가스 출구 하우징 (10) 은 디퓨저 하우징과 일체로 형성되어 있다. 이로 인해, 내부 유동영역 (13) 으로부터 외부 유동영역 (14) 으로 공기 역학적으로 최적의 이행이 실시된다. 가스 출구 하우징 (10) 과 디퓨저의 외부 디퓨저 벽 (11) 간의 교차점의 영역은 T 모양이다. 교차점 (T) 은 디퓨저 벽을 따라 둘레에 걸쳐 분배되어 변화하고, 따라서 외부 유동 덕트는 동일하지 않은 횡단면을 갖는다.

통합된 디퓨저를 가진 가스 출구 하우징은 선택적으로 삽입물 (15) 을 구비하며, 상기 삽입물은 터빈 블레이드 (3) 의 반경방향 외부 영역에 배치되어 있다. 도 2 는 이 영역을 확대하여 도시하고 있다. 소정의 하우징 크기, 즉 통합된 디퓨저 및 가스 출구 하우징이 주어진 축류 터빈에 있어서 가동 블레이드의 새 로운 높이가 제공되면, 블레이드 팁과 하우징 사이의 간격을 보상하기 위해 삽입물 (15) 이 교체될 수 있다. 이로써, 간단한 방식으로, 또한 특히 물류 및 조립 기술과 관련된 큰 비용부담 없이, 동일한 터빈 크기를 가진 여러 개의 터빈 형태가 실현될 수 있다. 구분되는 하우징 부품들은 작은 삽입물들뿐이다. 큰 디퓨저들은 교체될 필요가 없고, 또는 전체 가스 출구 하우징들은 전혀 대체될 필요가 없다.

삽입물 (15) 은 도 2 에 도시된 바와 같이 디퓨저 외부 벽과 예를 들어 노즐 링 (4) 또는 가스 입구 하우징 (2) 의 사이에 고정될 수 있다. 대안적으로, 삽입물은 예를 들어 나사에 의해 임의의 하우징 피스에 고정될 수 있다. 도 2 에는, 상응하여 오프셋된 블레이드 팁 (32) 을 가지며 길이가 상이한 블레이드들을 위해 상이한 삽입물들의 내부 윤곽이 어떻게 반경방향 내부로 옮겨져 있는 지가 암시되어 있다.

노즐 링 (4) 의 외부 고정 링은 유동 방향으로 삽입물 (15) 의 앞에 배치되어 있다. 바람직하게는, 노즐 링의 외부 고정 링의 내경은 삽입물 (15) 의 내부 윤곽의 내경보다 작다. 차이는 바람직하게는 블레이드 팁들과 삽입물의 내부 윤곽 사이의 간격의 0.3 내지 3 배이다.

선택적으로, 삽입물은 상기 삽입물이 반경방향에서 일종의 이동 여유를 가질 수 있게끔 2 개의 하우징부들 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 삽입물 안의 열적 응력이 저지될 수 있다. 이때, 삽입물이 인접 하우징 피스들을 통해 터빈축과 관련하여 중심맞춤되어 있도록 한다. 이는 유리하게는 삽입물의 출구측 단 부 (16) 에 중심맞춤 시트 (centering seat) 가 존재함으로써 달성될 수 있다. 삽입물과 상기 삽입물의 반경방향 외부에 배치된 하우징부 사이의 틈 (17) 이 제공되어 있는 한, 터빈 블레이드의 반경방향 외부에서 상기 삽입물은 반경방향에서 자유로이 연장될 수 있다.

삽입물의 벽 두께는 이웃한 하우징부들과 비교하여 작다. 이로 인해, 급격한 온도 변화시 열적 응력이 저지될 수 있다. 이 이외에, 삽입물 및 터빈 휠의 열적 팽창의 차이가 작게 유지될 수 있다.

삽입물 (15) 과 외부 디퓨저 벽 (11) 사이의 이행부는 평평하게 형성되거나, 또는 양 (positive) 또는 음 (negative) 의 단 (stage) 이 제공되게 형성될 수 있다.

이와 같이 형성된 축류 터빈의 제조 또는 정비시, 통합된 하우징 안으로 장착되기 전에 삽입물에는 원하는 내경이 제공될 수 있고, 상기 내경은 선택된 터빈 블레이드 길이를 토대로 발생한다. 작동 동안 블레이드 길이가 맞춰져야 하면, 상응하여 삽입물은 보다 크거나 또는 보다 작은 내경을 가진 다른 삽입물로 대체될 수 있다. 소정의 터빈 크기를 위해 모든 삽입물들은 동일한 외부 치수를 구비하며, 단지 내경만이 변한다.

Claims (5)

1. 축류 터빈의 하우징으로서, 상기 하우징은 디퓨저 및 가스 출구 하우징을 포함하며, 상기 디퓨저는 가스 입구 하우징에 의해 한정된 집속 챔버 안으로 돌출하는 하우징에 있어서,

   상기 디퓨저와 상기 가스 출구 하우징은 통합된 일체의 하우징 부품으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 출구 하우징 (10) 은 교차점 (T) 에서 디퓨저 벽 (11) 과 만나며, 상기 디퓨저 벽에서의 상기 교차점 (T) 의 위치는 둘레 방향으로 변하는 것을 특징으로 하는 하우징.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 통합된 일체의 하우징은 축류 터빈의 가동 블레이드 (31) 의 반경방향 외부 영역에 삽입물 (15) 을 포함하며, 상기 삽입물은 별도의 구성 요소로서 상기 통합된 일체의 하우징 안에 삽입되는 것을 특징으로 하는 하우징.
4. 제 3 항에 있어서, 삽입물 (15) 과 반경방향 외부에 배치된 하우징부의 사이에는 반경방향 틈 (17) 이 제공되며, 상기 삽입물 (15) 은 가스 출구측 단부 (16) 에 중심맞춤 시트를 구비하고, 상기 중심맞춤 시트를 통하여 상기 삽입물은 반경방 향 외부에 배치된 하우징부에 중심맞춤되는 것을 특징으로 하는 하우징.
5. 삭제

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