KR20180122937A

KR20180122937A - 터보차저

Info

Publication number: KR20180122937A
Application number: KR1020180042765A
Authority: KR
Inventors: 뵈른 호쓰바흐; 산티아고 울렌브로크
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2018-11-14
Also published as: US10519808B2; US20180320554A1; DE102017207540A1; JP2018189089A; CN108798798A; CH713774B1; CH713774A2

Abstract

본 발명에 따른 터보차저는, 제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈(1)과, 상기 제1 매체의 팽창 중에 상기 터빈에서 추출된 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축시키기 위한 압축기를 구비하며, 상기 터빈(1)은 터빈 하우징(3)과 터빈 로터(6)를 포함하고, 상기 압축기는 압축기 하우징과, 샤프트(7)를 통해 상기 터빈 로터(6)에 연결된 압축기 로터를 포함하며, 상기 터빈 하우징(3)과 상기 압축기 하우징의 사이에 배치되어 있고 상기 샤프트(7)가 장착되어 있는 베어링 하우징(2)에, 상기 터빈 하우징(3)과 상기 압축기 하우징이 각각 연결되며, 상기 터빈 하우징(3)은 터빈 유입 하우징(4)과 인서트 부재(5)를 포함하고 노즐 링(9)을 가이드 블레이드(11)와 함께 수납한다. 상기 노즐 링(9)은 노즐 링의 제1 커버 링(12)에서 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에 제1 체결 수단(13)을 통해 연결되어 있고, 상기 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 연결되어 있는 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에는, 반경방향으로 외부로 연장되고 둘레에 걸쳐 분포되어 있는 복수 개의 돌출부(15)가 형성되어 있으며, 상기 제1 체결 수단(13)은 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 돌출부(15)를 관통하고 상기 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 결합되어 있다.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 터보차저에 관한 것이다.

터보차저는 터빈과 압축기를 포함한다. 터보차저의 터빈에서는, 제1 매체, 특히 배기 가스가 팽창되고, 이 과정에서 에너지가 추출된다. 터보차저의 압축기에서는, 제2 매체, 특히 과급 공기가 상기 제1 매체의 팽창 중에 상기 터빈에서 추출된 에너지를 이용하여 압축된다. 터보차저의 터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터를 포함한다. 터보차저의 압축기는 압축기 하우징과 압축기 로터를 포함한다. 터빈 로터와 압축기 로터는, 베어링 하우징에 장착된 샤프트를 통해 연결되어 있고, 베어링 하우징은 한편에서는 터빈 하우징에 연결되며 다른 한편에서는 압축기 하우징에 연결된다.

마찬가지로, 터보차저의 터빈 하우징은, 팽창되어 터빈 로터에 공급될 수 있는 매체가 경유하는 터빈 유입 하우징을 포함한다는 것이 실무를 통해 알려져 있다. 터빈 하우징은 인서트 부재 및 노즐 링을 수용한다. 인서트 부재를 경유하여, 팽창된 제1 매체가 터빈으로부터 방출될 수 있는데, 상기 인서트 부재는 터빈 로터의 이동 블레이드에 인접하여 반경방향 외측으로 연장된다. 터빈 가이드 장치 또는 가이드 그릴 또는 가이드 장치라고도 기술되는 노즐 링은, 제1 매체의 흐름 방향에서 보아, 터빈 로터의 상류에 배치되어 있는 가이드 블레이드를 포함하는 데, 팽창되는 제1 매체는 상기 가이드 블레이드를 경유하여 터빈 로터의 상류로 안내된다.

실제 알려진 터보차저의 경우, 터빈 유입 하우징은 통상적으로 클램핑 클로 연결부를 통해 베어링 하우징에 연결되고, 노즐 링은 또한 클램핑 클로 연결부를 통해 체결되며, 다시 말하자면 노즐 링의 플랜지가 베어링 하우징과 터빈 유입 하우징의 플랜지들 또는 체결 섹션들 사이에서 클램핑된다.

따라서, 실제 알려진 터보차저의 경우, 노즐 링과 터빈 유입 하우징은 베어링 하우징에 공동으로 또는 서로 종속되어 장착된다.

작동 중에, 노즐 링은 열적으로 유도된 변형을 받는다. 실제 알려진 터보차저의 경우, 이는 노즐 링, 베어링 하우징 및 터빈 유입 하우징의 연결부도 마찬가지로 변형을 받게 되는 것을 초래하고, 그 결과 한편으로는 상기한 연결부의 마모가 유발되며, 다른 한편으로는 상기한 연결부의 영역에서의 밀봉 효과가 감소된다. 이는 불리하다. 따라서, 터보차저의 베어링 하우징에 노즐 링을 보다 신뢰 가능하게 체결하는 것이 필요하다.

이러한 점으로부터 시작하여, 본 발명은 신규 타입의 터보차저의 창출이라고 하는 과제에 기초한 것이다.

이러한 과제는 청구항 1에 따른 터보차저를 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 노즐 링은 노즐 링의 제1 커버 링에서 베어링 하우징의 플랜지에 제1 체결 수단을 통해 연결되어 있고, 상기 노즐 링의 제1 커버 링과 연결되어 있는 상기 베어링 하우징의 플랜지에는, 반경방향으로 외부로 연장되고 둘레에 걸쳐 분포되어 있는 복수 개의 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 제1 체결 수단은 상기 베어링 하우징의 플랜지의 돌출부를 관통하고 상기 노즐 링의 제1 커버 링과 결합되어 있다.

상기 베어링 하우징의 플랜지의 돌출부에 작용하는, 제1 체결 수단을 통해 상기 노즐 링을 상기 베어링 하우징의 플랜지와 연결함으로써, 상기 노즐 링을 상기 베어링 하우징에 신뢰 가능하게 체결하는 것이 허용된다. 베어링 하우징의 플랜지에서의 응력, 특히 접선방향 응력이 감소되고, 즉 구체적으로, 상기 베어링 하우징의 플랜지의 돌출부들이 온도로 인하여 보다 신속하게 그리고 이에 따라 노즐 링과 함께 보다 균등하게 변형될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 체결 수단은, 터빈 하우징의 방향에서 보아, 베어링 하우징으로부터 시작하여, 베어링 하우징의 플랜지의 돌출부를 지나 노즐 링의 제1 커버 링을 향해 축방향으로 연장된다. 이로써, 노즐 링을 베어링 하우징 상에 특히 유익하게 조립하는 것이 허용된다.

본 발명의 추가적인 개선예에 따르면, 노즐 링은 노즐 링의 제2 커버 링에서 인서트 부재의 플랜지에 제2 체결 수단을 통해 연결되어 있고, 상기 제2 체결 수단은, 상기 인서트 부재의 플랜지를 관통하며, 바람직하게는 상기 제2 체결 수단이 베어링 하우징의 방향에서 보아 터빈 하우징으로부터 시작하여 인서트 부재의 플랜지를 지나 노즐 링의 제2 커버 링을 향해 축방향으로 연장되는 방식으로, 상기 노즐 링의 제2 커버 링과 결합되어 있다. 이러한 특성들은, 인서트 부재를 노즐 링 상에 특히 유익하게 조립하는 것을 허용한다.

본 발명의 추가적인 개선예에 따르면, 상기 터빈 유입 하우징은 별도의 체결 수단을 통해 상기 베어링 하우징에 상기 노즐 링과는 독립적으로 체결되어 있다. 이는, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 사이의 연결부의 양호한 밀봉 효과를 보장하여 터빈 내에서 팽창하는 제1 매체가 주변으로 바람직하지 않게 누출되는 것을 방지하기 위하여 선호된다.

본 발명의 더 바람직한 개선예는, 종속 청구항과 이하의 상세한 설명을 통해 확보된다. 도면을 통해 본 발명의 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 이 도면에 제한되는 것은 아니다.

도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 터보차저를 터빈 및 베어링 하우징의 영역에서 발췌한 형태로 보여주는 축방향 단면도이고;
도 2는 단지 부분적으로 도시된 인서트 부재와, 마찬가지로 단지 부분적으로 도시된 터빈 유입 하우징과 함께 도 1의 장치를 보여주는 사시도이며;
도 3은 마찬가지로 단지 부분적으로 도시된 노즐 링과 함께 도 2의 장치를 보여주는 도면이다.

본 발명은 터보차저에 관한 것이다. 터보차저는 제1 매체를 팽창시키기 위한, 특히 내연기관의 배기 가스를 팽창시키기 위한 터빈을 포함한다. 또한, 터보차저는 제2 매체를, 특히 과급 공기를, 다시 말하자면 상기 제1 매체의 팽창 중에 상기 터빈에서 추출된 에너지를 이용하여, 압축시키기 위한 압축기를 포함한다. 터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터를 포함한다. 압축기는 압축기 하우징과 압축기 로터를 포함한다. 베어링 하우징에 장착된 샤프트를 통해, 압축기 로터가 터빈 로터에 연결되어 있고, 베어링 하우징은 터빈 하우징과 압축기 하우징의 사이에 배치되어 있으며, 터빈 하우징과 압축기 하우징 양자 모두에 연결되어 있다. 당업자는 본원에서 다루는 터보차저의 기본 구성에 대해 잘 알고 있다.

도 1 내지 도 3은 터보차저를 터빈(1)과 베어링 하우징(2)의 영역에서 서로 다르게 발췌하여 보여주는 도면들이다. 터빈(1)은 터빈 하우징(3)과 터빈 로터(6)를 포함한다. 도시 생략된 터보차저의 압축기는 압축기 하우징과 압축기 로터를 포함하고, 터빈 로터(6)는 베어링 하우징(2)에 회전 가능하게 장착된 샤프트(7)를 통하여 도시 생략된 상기 압축기 로터에 연결되어 있다. 터보차저의 터빈(1)은 반경류 터빈으로서 구현된다. 본 발명의 측면에서, 반경류 터빈은 또한 소위 혼류 터빈을 의미하기도 하는데, 이 혼류 터빈에서 가스 유입은 반경방향으로 일어나지만, 샤프트(7)에 대해 정확히 수직하게만 일어나는 것이 아니라 샤프트(7)에 대해 비스듬하게도 일어난다.

터빈 하우징(3)은 터빈 유입 하우징(4)을 포함하는데, 도시된 예시적인 실시형태에서 터빈 하우징은 이중벽 구조로 구현되어 있고, 터빈 유입 하우징(4)을 냉각하기 위한 냉각 덕트(10)를 형성한다. 팽창되는 제1 매체는, 바람직하게는 고온의 배기 가스는, 터빈 유입 하우징(4)을 경유하여 터빈 로터(6)에 공급될 수 있다.

터빈 하우징(3)은 인서트 부재(5) 및 노즐 링(9)을 수납한다. 노즐 링(9)은, 팽창되는 제1 매체의 흐름을 안내하는 역할을 하는 가이드 블레이드(11)를, 터빈 로터(6)의 상류에 포함한다. 터빈 로터(6)에는 이동 블레이드(8)가 마련되어 있는데, 이에 따라, 이동 블레이드는 배기 가스의 흐름 방향에서 보아, 노즐 링(9)의 가이드 블레이드(11)의 하류에 배치되어 있다. 반경방향 외측에서 터빈 로터(6)의 이동 블레이드(8)에 인접하는 인서트 부재(5)는, 노즐 링(9)의 하류에서 제1 매체용 유동 덕트를 획정하고, 터빈(1)에서 팽창되는 제1 매체는 터빈(1)으로부터 인서트 부재(5)를 경유하여 방출될 수 있다.

본 발명에 따른 터보차저에서, 노즐 링(9)은 노즐 링의 제1 커버 링(12)에서 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에 제1 체결 수단(13)을 통해 연결되어 있고, 상기 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 연결되어 있는 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에는, 반경방향으로 외부로 연장되고 상기 노즐 링(9)의 둘레에 걸쳐 분포되어 있는 복수 개의 돌출부(15)가 형성되어 있다.

상기 돌출부들(15)은 또한 러그(lug) 또는 로제트(rosette)로 기술될 수 있다. 제1 체결 수단들(13)은 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 상기 러그형 또는 로제트형 돌출부들(15)을 관통하고, 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)에 작용한다.

도 1에 따르면, 제1 체결 수단(13)은, 터빈 하우징(3)의 방향에서 보아 베어링 하우징(2)으로부터 시작하여, 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 돌출부(15)를 지나 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)을 향해 축방향으로 연장된다. 제1 체결 수단(13)은, 바람직하게는 나사 형성 핀으로서 구현되는데, 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)을 향해 연장되는 섹션에서, 수나사부를 구비하고, 이 경우 상기 수나사부는 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)의 나사 형성 보어(16)에 있는 대응 암나사부와 결합된다. 플랜지(14)에 대해 또는 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에 형성된 돌출부(15)에 대해 축방향으로 돌출하는, 상기 나사 형성 핀의 양측 섹션에는, 수나사부가 마찬가지로 형성되는데, 이 수나사부는 노즐 링(9)을 베어링 하우징(2)에 확실하고 용이하게 조립하기 위해 대응 너트(24)와 상호 작용한다. 상기 대응 너트(24)는 그 자체가 베어링 하우징(2)의 플랜지(14) 상에서 슬리브(25)를 통해 지지된다. 상기 나사 형성 핀에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 러그형 또는 로제트형 돌출부(15)를 통과하여 연장되는 섹션들로서, 상기 수나사부를 갖고 있는 나사 형성 핀의 섹션들이 그 사이에 배치되어 있는 섹션들은, 나사산이 없는 것이 바람직하다.

제1 커버 링(12)의 반대편에 위치해 있는 제2 커버 링(17)에서, 노즐 링(9)은 인서트 부재의 플랜지(19)에 제2 체결 수단(18)을 통해 연결되어 있고, 상기 제2 체결 수단(18)은 인서트 부재(15)의 플랜지(19)를 관통하며 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)과 결합되어 있다. 결과적으로 바람직하게는 나사 형성 핀인 제2 체결 수단(19)은, 베어링 하우징(2)의 방향에서 보아 터빈 하우징(3)으로부터 시작하여, 인서트 부재(5)의 플랜지(19)를 지나 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)을 향해 축방향으로 연장된다.

따라서, 노즐 링(9)을 베어링 하우징(2)에 체결하는 역할을 하는 제1 체결 수단(13)은, 터빈 하우징의 방향에서 보아 베어링 하우징(2)으로부터 시작하여, 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)을 향해 축방향으로 연장되지만, 제2 체결 수단(18)은 베어링 하우징(2)의 방향에서 보아 대략 180° 뒤집어져 인서트 부재(5)로부터 시작하여 또는 터빈 하우징(3)으로부터 시작하여, 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)을 향해 반대쪽 축방향으로 연장된다.

이미 설명한 바와 같이, 결과적으로 제2 체결 수단(18)은 바람직하게는, 양측 섹션에 수나사부를 갖고 있는, 다시 말하자면 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)의 대응 나사 형성 보어(20)에 결합되는 제1 수나사부를 제1 섹션 상에 갖고 있고, 인서트 부재(5)를 노즐 링(9)에 체결하기 위해 너트(26)와 상호 작용하는 추가적인 수나사부를 반대측에 위치한 제2 섹션 상에 갖고 있는, 나사 형성 핀이다. 상기 너트(26)는 그 자체가 인서트 부재(5)의 플랜지(19) 상에서 슬리브(27)를 통해 지지된다. 상기 나사 형성 핀에 있어서 수나사부를 갖고 있는 섹션들 사이에는, 바람직하게는 나사산이 없게 형성되며 인서트 부재(5)의 플랜지(19)를 통과하여 연장되는 섹션들이 형성된다.

터빈 하우징(3)의 터빈 유입 하우징(4)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 예시적인 실시형태에서, 클램핑 링(23)이 베어링 하우징(2) 및 터빈 유입 하우징(4)의 인접 플랜지들(21, 22)에 작용하는 방식으로, 노즐 링(9)과는 독립적으로 그리고 인서트 부재(5)와는 독립적으로 베어링 하우징(2)에 체결되어 있다.

이러한 클램핑 링(23)과는 대조적으로, 서로 인접하는 베어링 하우징(2) 및 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(21, 22)도 또한, 클램핑 클로 연결부 및/또는 나사 연결부를 통해 서로 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 터보차저의 경우에, 노즐 링(9)을 베어링 하우징(2)에 체결하는 것은, 제1 체결 수단(13)을 통해 이루어지는데, 이 제1 체결 수단은 한편에서는 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)와 상호 작용하고 다른 한편에서는 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 상호 작용하며, 다시 말하자면 플랜지(14)의 반경방향 돌출부(15)를 관통하고, 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 영역에서, 상기 돌출부는 또한 러그 또는 로제트로서 기술될 수 있는 것이다. 이러한 돌출부(15)는 노즐 링(9)과 함께 팽창될 수 있고, 그 결과 베어링 하우징(2)과 노즐 링(9) 사이의 연결부에서 응력이 최소화된다. 인서트 부재(5)는 제2 체결 수단(18)을 통해 노즐 링(9)에 체결된다. 터빈 유입 하우징(4)은 이와는 관계 없이 베어링 하우징(2)에 장착된다. 조립의 경우, 인서트 부재(5)가 먼저 제2 체결 수단(18)을 통해 노즐 링(9)에 조립되고, 이어서 인서트 부재(5) 및 노즐 링(9)의 사전 조립된 유닛이 제1 체결 수단(13)을 통해 베어링 하우징(2)에 체결된다. 뒤이어, 터빈 유입 하우징(4)은 베어링 하우징(2)에 조립될 수 있다.

1 : 터빈 2 : 베어링 하우징
3 : 터빈 하우징 4 : 터빈 유입 하우징
5 : 인서트 부재 6 : 터빈 로터
7 : 샤프트 8 : 이동 블레이드
9 : 노즐 링 10 : 덕트
11 : 가이드 블레이드 12 : 커버 링
13 : 체결 수단 14 : 플랜지
15 : 돌출부 16 : 나사 형성 보어
17 : 커버 링 18 : 체결 수단
19 : 플랜지 20 : 나사 형성 보어
21 : 플랜지 22 : 플랜지
23 : 체결 수단 24 : 너트
25 : 슬리브 26 : 너트
27 : 슬리브

Claims

터보차저로서,
제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈(1)과,
제2 매체를, 상기 제1 매체의 팽창 중에 상기 터빈에서 추출된 에너지를 이용하여, 압축시키기 위한 압축기를 포함하고,
상기 터빈(1)은 터빈 하우징(3)과 터빈 로터(6)를 포함하며,
상기 압축기는 압축기 하우징과, 샤프트(7)를 통해 상기 터빈 로터(6)에 연결된 압축기 로터를 포함하고,
상기 터빈 하우징(3)과 상기 압축기 하우징의 사이에 배치되어 있고 상기 샤프트(7)가 장착되어 있는 베어링 하우징(2)에, 상기 터빈 하우징(3)과 상기 압축기 하우징이 각각 연결되어 있으며,
상기 터빈 하우징(3)은 터빈 유입 하우징(4)과 인서트 부재(5)를 포함하고, 노즐 링(9)을 가이드 블레이드(11)와 함께 수납하는 것인 터보차저에 있어서,
상기 노즐 링(9)은 노즐 링의 제1 커버 링(12)에서 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에 제1 체결 수단(13)을 통해 연결되어 있고, 상기 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 연결되어 있는 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)에는, 반경방향으로 외부로 연장되고 둘레에 걸쳐 분포되어 있는 복수 개의 돌출부(15)가 형성되어 있으며, 상기 제1 체결 수단(13)은 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 돌출부(15)를 관통하고 상기 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항에 있어서, 상기 제1 체결 수단(13)은, 터빈 하우징(3)의 방향에서 보아, 베어링 하우징(2)으로부터 시작하여, 베어링 하우징(2)의 플랜지(14)의 돌출부(15)를 지나 노즐 링(9)의 제1 커버 링(12)을 향해 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐 링(9)은 노즐 링의 제2 커버 링(17)에서 상기 인서트 부재(5)의 플랜지(19)에 제2 체결 수단(18)을 통해 연결되어 있고, 상기 제2 체결 수단(18)은 상기 인서트 부재(5)의 플랜지(19)를 관통하며 상기 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제3항에 있어서, 상기 제2 체결 수단(18)은, 베어링 하우징(2)의 방향에서 보아, 터빈 하우징(3)으로부터 시작하여, 인서트 부재(5)의 플랜지(19)를 지나 노즐 링(9)의 제2 커버 링(17)을 향해 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 유입 하우징(4)은 별도의 체결 수단(23)을 통해 상기 베어링 하우징(2)에 상기 노즐 링(9)과는 독립적으로 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈은 반경류 터빈인 것을 특징으로 하는 과급기.