KR20180099509A - 터보차저 - Google Patents

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 유입 하우징(4)을 구비한 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, 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 상기 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)가, 상기 터빈 로터(6)의 크기의 범위 안쪽까지는 반경방향에서 보아 축방향으로 간격을 두고 연장되어 있는 방식으로, 상기 터빈 유입 하우징(4)과 상기 베어링 하우징(2)이, 서로 접하는 플랜지(9, 10)에서 체결 디바이스들(11)을 통해 서로 연결되어 있는 것이다.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 터보차저에 관한 것이다.

터보차저는 터빈과 압축기를 포함한다. 터보차저의 터빈은 제1 매체를 팽창시키는, 특히 배기 가스를 팽창시키는 역할을 하며, 제1 매체의 팽창 중에 에너지가 추출된다. 터보차저의 압축기는, 제1 매체의 팽창 중에 추출된 에너지를 이용하여, 제2 매체를 압축시키는 역할을 한다. 터보차저의 터빈은 터빈 하우징과 터빈 로터를 포함하고, 터빈 하우징은 터빈 유입 하우징과 삽입 부재를 포함한다. 터보차저의 압축기는 압축기 하우징과 압축기 로터를 포함한다. 터빈의 터빈 로터와 압축기의 압축기 로터는, 베어링 하우징에 회전 가능하게 장착된 샤프트를 통해 서로 연결되어 있다. 베어링 하우징은 터빈 하우징에 그리고 압축기 하우징에 연결되어 있다.

실제 알려진 터보차저의 경우, 베어링 하우징은 클램핑 클로 연결부를 통해 터빈 하우징의 터빈 유입 하우징에 연결되어 있다. 이 경우 클램핑 클로 연결부는 적어도 하나의 클램핑 클로와 하나 이상의 체결 나사를 포함하고, 상기 클램핑 클로는 서로 접하는 베어링 하우징과 터빈 유입 하우징의 섹션들을 덮으며, 상기 체결 나사(들)는 터빈 유입 하우징의 관련 섹션에 있는 클램핑 클로(들)를 관통하여 연장되고, 이 과정에서 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징을 함께 클램핑한다. 터빈 유입 하우징에 있어서 클램핑 클로 연결부의 체결 나사들이 안으로 연장되는 섹션은, 반경방향에서 보아, 반경방향으로 터빈 로터의 크기의 범위 밖의 상대적으로 큰 반경 상에 배치되어 있다.

실제 알려진 터보차저에서, 클램핑 클로 연결부는 상당한 하중에 노출된다. 따라서, 베어링 하우징 및 터빈 유입 하우징에 있어서 클램핑 클로 연결부가 배치되는 영역에 있는 섹션들은, 서로 다른 열하중에 노출되며, 그 결과 구성요소들간의 상대 이동이 유발되고, 이는 클램핑 클로 연결의 실패를 초래할 수 있다.

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

이러한 과제는 청구항 1에 따른 터보차저를 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 체결 디바이스들이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징의 플랜지가, 터빈 로터의 크기의 범위 안쪽까지는 축방향으로 간격을 두고 반경방향으로 연장되어 있는 방식으로, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징이, 서로 접하는 플랜지들에서 체결 디바이스들을 통해 서로 연결되어 있다.

본 발명에 따른 터보차저에서는, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 사이의 연결 영역은, 종래 기술에 알려진 터보차저와 비교하여, 반경방향 안쪽으로 이동되어 더 작은 반경 또는 직경 상에 있고, 즉 체결 나사들로서 형성된 체결 디바이스들이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징의 플랜지가, 터빈 로터의 크기의 범위 안쪽까지는 반경방향에서 보아, 다시 말하자면 터빈 로터로부터 축방향으로 간격을 두고, 연장되어 있는 방식으로 있다. 이 때문에, 연결되는 구성요소들에서 응력이 줄어든다. 또한, 체결 디바이스들이 배치되는 섹션들은 유사한 열하중에 노출된다. 전체적으로 보아, 이에 따라 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징의 연결이 향상될 수 있다.

본 발명의 추가적인 개선예에 따르면, 터빈 로터, 바람직하게는 터빈 로터의 이동 블레이드들은, 체결 디바이스들이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징의 플랜지를 덮고, 적어도 군데군데에서 체결 디바이스들을 덮는다. 이는, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징을 안정적으로 연결하기에 특히 바람직하다. 구성요소들에 있어서 서로 연결되는 구역과 체결 디바이스들에서 바람직하지 않은 응력이 가능한 작게 유지된다. 이로써, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징을 안정적으로 연결하는 것이 보장된다.

바람직하게는, 상기 체결 디바이스들은 상기 터빈 유입 하우징의 플랜지(10)로부터 시작하여 상기 베어링 하우징의 플랜지 안으로 연장된다. 이로써, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징을 용이하게 조립하는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 상기 터빈에서부터 상기 베어링 하우징의 쪽을 향해 본 축방향에서, 체결 디바이스들이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징의 플랜지는, 터빈 로터의 후방에, 그리고 상기 체결 디바이스들이 안으로 연장되는 상기 베어링 하우징의 플랜지의 전방에 배치된다. 이러한 특징들은 또한, 서로 연결되는 어셈블리들에서 바람직하지 않은 응력을 최소화하면서, 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징을 안정적으로 연결하게 하기에 알맞다.

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 축방향의 단면도이다.

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. 여기서, 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 1은 터보차저를, 반경류 터빈으로서 구현된 터빈(1)과 베어링 하우징(2)의 영역에서 발췌한 형태로 보여주는 개략적인 단면도이다. 터빈(1)에 있어서, 터빈 하우징(3)과 터빈 로터(6)가 도시되어 있다. 터빈 하우징(3)은 적어도 하나의 터빈 유입 하우징(4)과 인서트 부재(5)를 포함하는데, 팽창될 매체는 상기 적어도 하나의 터빈 유입 하우징을 통하여 터빈 로터(6)에 공급될 수 있고, 팽창된 매체는 상기 인서트 부재를 통하여 터빈 로터(6)로부터 배출될 수 있다. 터빈 로터(6)는 이동 블레이드(8)를 가지고 있다.

터빈 로터(6)는 도시 생략된 압축기의 압축기 로터에 샤프트를 통하여 연결되어 있고, 샤프트(7)는 베어링 하우징(2)에 장착되어 있다. 본 발명은 이제, 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2)을 안정적으로 연결하는 것을 보장하여 서로 연결되는 구성요소들에서 바람직하지 않은 응력을 최소화하거나 방지하는, 베어링 하우징(2)과 터빈 유입 하우징(4)의 연결을 위한 세부 사항들에 관한 것이다.

도 1에 분명히 보이듯이, 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2)은, 서로 접하는 플랜지(9, 10)에서, 바람직하게는 체결 나사로서 구현되는, 체결 디바이스들(11)을 통해 서로 연결되어 있다. 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)는, 터빈 로터(6)의 크기의 반경방향 범위 안쪽까지는 반경방향에서 보아 축방향으로 간격을 두고 연장되어 있으므로, 이에 따라 실제 알려진 터보차저와 비교하여, 체결 디바이스들(11)이 비교적 작은 반경 및 이에 따른 직경 상에 배치되어 있다. 이 때문에, 서로 연결된 구성요소들에서 응력이 최소화된다. 체결 디바이스들(10)의 영역에서, 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2)은 대략 동일한 열하중에 노출된다. 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2) 사이의 바람직하지 않은 상대 이동이 최소화된다. 전체적으로 보아, 이로써 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2) 사이의 연결이 실패할 위험이 줄어든다.

투시도에서, 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)를 적어도 군데군데에서, 터빈 로터(6)가 덮고, 구체적으로 체결 디바이스들(11)을 적어도 군데군데에서, 터빈 로터(6)가 덮는다. 투시도에서, 터빈 로터(6)의 이동 블레이드들(8)이, 체결 디바이스들(11)과, 이 체결 디바이스들이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)를, 적어도 군데군데에서 덮거나 또는 중첩한다는 점은, 도 1에 분명히 보인다. 반경방향에서 보아, 다시 말하자면 축방향 간격을 두고, 전술한 덮는 구성이 구현된다. 상기 터빈(1)에서부터 상기 베어링 하우징(2)의 쪽을 향해 본 축방향에서, 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)는, 터빈 로터(6)의 이동 블레이들(8)의 후방에 그리고 상기 체결 디바이스들(11)이 안으로 연장되는 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(9)의 전방에 배치되어 있다.

따라서, 체결 나사로서 구현되는 체결 디바이스들(11)은, 상기 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)로부터 시작하여 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(9) 안으로 연장된다. 본 발명에 따른 터보차저의 도시된 예시적인 실시형태에서, 체결 디바이스들(11)은, 실제 알려진 터빈 유입 하우징과 베어링 하우징 사이의 클램핑 클로 연결부의 체결 디바이스들에 비해, 축방향에서 보아, 대략 180° 회전되어 있다.

본 발명에 따르면, 바람직하게는 반경류 터빈으로 구현되는 터빈의 터빈 유입 하우징(4)과, 터보차저의 베어링 하우징(2)을, 매우 안정적으로 연결하는 것이 제공될 수 있다.

본 발명의 측면에서, 반경류 터빈은 또한 소위 혼류 터빈을 의미하기도 하는데, 이 혼류 터빈에서 가스는 반경방향으로 유동하지만, 샤프트(7)에 대해 정확히 수직하게만 유동하는 것이 아니라 샤프트(7)에 대해 비스듬하게도 유동한다.

서로 연결되는 어셈블리들 사이의 바람직하지 않은 상대 이동과 마찬가지로, 터빈 유입 하우징(4)과 베어링 하우징(2) 사이의 연결 영역에서 열적으로 유도된 응력이 최소한으로 감소된다.

1 : 터빈 2 : 베어링 하우징
3 : 터빈 하우징 4 : 터빈 유입 하우징
5 : 삽입 부재 6 : 터빈 로터
7 : 샤프트 8 : 이동 블레이드
9 : 플랜지 10 : 플랜지
11 : 체결 디바이스

Claims (7)

1. 제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈(1)과, 상기 제1 매체의 팽창 중에 상기 터빈에서 추출된 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축시키기 위한 압축기를 구비하는 터보차저로서,
   상기 터빈(1)은 터빈 유입 하우징(4)을 구비한 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 연결되는 것인, 터보차저에 있어서,
   체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 상기 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)가, 상기 터빈 로터(6)의 크기의 범위 안쪽까지는 반경방향에서 보아 축방향으로 간격을 두고 연장되어 있는 방식으로, 상기 터빈 유입 하우징(4)과 상기 베어링 하우징(2)이, 서로 접하는 플랜지(9, 10)에서 체결 디바이스들(11)을 통해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
2. 제1항에 있어서, 상기 터빈 로터(6)는, 상기 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 상기 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)를 적어도 군데군데에서 덮는 것을 특징으로 하는 터보차저.
3. 제2항에 있어서, 상기 터빈 로터(6)는 적어도 군데군데에서 상기 체결 디바이스들(11)을 덮는 것을 특징으로 하는 터보차저.
4. 제3항에 있어서, 상기 터빈 로터(6)의 이동 블레이드들(8)은 적어도 군데군데에서 상기 체결 디바이스들(11)을 덮는 것을 특징으로 하는 터보차저.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체결 디바이스들(11)은 상기 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)로부터 시작하여 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(9) 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈(1)에서부터 상기 베어링 하우징(2)의 쪽을 향해 본 축방향에서, 체결 디바이스들(11)이 관통하여 연장되는 터빈 유입 하우징(4)의 플랜지(10)는, 터빈 로터(6)의 후방에 그리고, 상기 체결 디바이스들(11)이 안으로 연장되는 상기 베어링 하우징(2)의 플랜지(9)의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈은 반경류 터빈인 것을 특징으로 하는 터보차저.

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