KR20160089542A - Labyrinth seal device for axial-flow turbine and exhaust gas turbocharger equipped with same - Google Patents

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Abstract

축류 터빈(5)의 래버린스 시일 장치(15)에 있어서, 터빈 디스크(6)와의 사이에 가스 래버린스 시일(GL)을 구성하는 래버린스 부재(22)를, 배기가스 통로(13)를 형성하는 배기가스 출구 케이싱(12)과의 사이에 간극 형상의 시일 가스 방출 통로(26)를 통하여 인접하도록 베어링 받침대(2)에 고정하고, 이 래버린스 부재(22)의 외주면(22a)을, 배기가스 통로(13)의 내주면(13a)에 대하여 단차를 발생시키지 않도록 배기가스 통로(13) 내에 노정시켰다. 시일 가스 방출 통로(26)의 말단부의 단면 형상은, 가스 래버린스 시일(GL)에 공급된 시일 가스(또는 시일 공기)가 배기가스 통로(13)를 흐르는 배기가스의 흐름 방향에 대하여 경사지게 합류하는 형상으로 되어 있다.A labyrinth member 22 constituting a gas labyrinth seal GL is interposed between the turbine disk 6 and the labyrinth seal device 15 of the axial flow turbine 5 to form an exhaust gas passage 13 And the outer circumferential surface 22a of the labyrinth member 22 is connected to the exhaust gas outlet passage 22 through the exhaust gas outlet passage 26. [ So as not to generate a step with respect to the inner circumferential surface 13a of the gas passage 13, in the exhaust gas passage 13. The sectional shape of the distal end portion of the seal gas discharge passage 26 is such that the seal gas (or seal air) supplied to the gas labyrinth seal GL joins with an inclination relative to the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 13 Shape.

Figure P1020167019500
Figure P1020167019500

Description

축류 터빈의 래버린스 시일 장치 및 이를 구비한 배기가스 터빈 과급기{LABYRINTH SEAL DEVICE FOR AXIAL-FLOW TURBINE AND EXHAUST GAS TURBOCHARGER EQUIPPED WITH SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a labyrinth seal device for an axial flow turbine, and an exhaust gas turbine supercharger having the same.

본 발명은, 축류 터빈의 래버린스 시일 장치 및 이를 구비한 배기가스 터빈 과급기에 관한 것이다.The present invention relates to a labyrinth seal device for an axial turbine and an exhaust gas turbine supercharger having the same.

하기의 특허문헌 1, 2 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 예를 들면 내연 기관의 배기가스에 의하여 구동되는 축류형의 배기가스 터빈 과급기(101)는, 베어링 받침대(2)에 축지지된 터빈축(4)에 터빈 디스크(6)와 배기가스 터빈 날개(7)가 회전 일체로 마련된 터빈 로터(8)를 구비하고 있다.As shown in the following patent documents 1 and 2 and FIG. 6, for example, an axial-flow exhaust gas turbine supercharger 101 driven by the exhaust gas of an internal combustion engine is mounted on a turbine shaft (not shown) (4) is provided with a turbine disk (6) and an exhaust gas turbine blade (7) provided integrally with the turbine rotor (8).

베어링 받침대(2)의 주위에 마련된 배기가스 출구 케이싱(12)의 내부에, 터빈축(4)의 축 방향을 따르도록 배기가스 통로(13)가 형성되고, 이 배기가스 통로(13)를 흐르는 내연 기관의 배기가스에 의하여 배기가스 터빈 날개(7)가 구동됨으로써, 터빈 로터(8) 및 터빈축(4)이 회전하여 동력을 발생시키도록 되어 있다.An exhaust gas passage 13 is formed in the exhaust gas outlet casing 12 provided around the bearing support 2 so as to extend along the axial direction of the turbine shaft 4, The exhaust gas turbine blades 7 are driven by the exhaust gas of the internal combustion engine so that the turbine rotor 8 and the turbine shaft 4 rotate to generate power.

그리고, 터빈축(4)의 타단측에 마련된 도시하지 않은 압축기(흡기 터빈 날개)가 회전 구동됨으로써, 내연 기관이 흡입하는 공기가 압축되어 과급된다.A compressor (intake turbine blade) (not shown) provided on the other end side of the turbine shaft 4 is rotationally driven, so that the air sucked by the internal combustion engine is compressed and supercharged.

터빈 디스크(6)와, 베어링 받침대(2)측에 고정되어 터빈 디스크(6)의 배기가스 하류측에 인접하는 환형의 래버린스 부재(22)의 사이에 공지의 에어 래버린스 시일(AL)(다단(多段) 형상의 래버린스 핀)이 구성되어 있다. 이로써, 이 에어 래버린스 시일(AL)의 사이의 좁은 미로 형상의 간극(통상 1~2밀리미터 정도)에, 상술한 압축기에서 압축된 공기가 추기(抽氣) 통로(24)에 의하여 일부 추기되어 시일 공기로서 공급된다.A known air labyrinth seal AL (see FIG. 1) is provided between the turbine disk 6 and the annular labyrinth member 22 fixed to the bearing base 2 side and adjacent to the exhaust gas downstream side of the turbine disk 6 And a multi-stage labyrinthine pin). As a result, the air compressed by the compressor described above is partly plucked by the bleed passage 24 in a narrow labyrinth shaped gap (usually about 1 to 2 millimeters) between the air labyrinth seals AL And is supplied as seal air.

이 시일 공기의 공급에 의하여, 배기가스의 압력에 저항하여 터빈 로터(8) 및 터빈축(4)을 배기가스 상류측으로 압압하는 스러스트력이 발생한다. 이로써, 도시하지 않은 스러스트 베어링에 대한 부담이 경감됨과 동시에, 터빈축(4)을 회전시키는 데 필요한 구동력이 저감된다. 또, 배기가스 통로(13)를 흐르는 배기가스가, 터빈 디스크(6)와 래버린스 부재(22)의 사이(래버린스 간극)로부터 베어링 받침대(2)측에 침입하는 것이 방지된다. 이와 같이 에어 래버린스 시일(AL)에 공급된 시일 공기는, 화살표로 나타내는 바와 같이 래버린스 간극으로부터 배기가스 통로(13) 내에, 배기가스 흐름 방향에 대하여 대략 수직으로 방출된다.By the supply of the seal air, a thrust force is generated that presses the turbine rotor 8 and the turbine shaft 4 toward the exhaust gas upstream side against the pressure of the exhaust gas. As a result, the burden on the thrust bearing (not shown) is reduced and the driving force required to rotate the turbine shaft 4 is reduced. The exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 13 is prevented from entering the bearing support 2 side from the space between the turbine disk 6 and the labyrinth member 22 (labyrinth gap). The seal air supplied to the air-labyrinth seal (AL) is discharged from the labyrinth gap to the exhaust gas passage (13) substantially perpendicularly to the exhaust gas flow direction, as indicated by an arrow.

특허문헌 1: 일본 공고 실용신안공보 평04-026661호Patent Document 1: Japanese Utility Model Utility Model Publication No. 04-026661 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2009-287539호Patent Document 2: JP-A-2009-287539

도 6에 있어서, 배기가스 통로(13)를 흐르는 배기가스의 압력은, 배기가스 터빈 날개(7)의 하류측에서는 통상 0.05bar 이하까지 저하된다. 한편, 래버린스 간극으로부터 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 시일 공기의 압력은 최고로 4bar 정도로, 이 위치를 통과하는 배기가스의 압력보다도 높다. 이로 인하여, 래버린스 간극으로부터 시일 공기가 높은 유속으로 배기가스 터빈 날개(7)의 바로 하류측에 수직으로 분출되고, 이것이 배기가스 터빈 날개(7)의 바로 하류측에 있어서의 배기가스의 흐름에 흐트러짐을 발생시킨다. 즉, 고압의 시일 공기의 분출에 의하여, 배기가스의 흐름이 배기가스 통로(13)의 내면으로부터 박리되게 되어, 터빈 효율을 저하시키는 원인이 되는 것이 판명되고 있다.In Fig. 6, the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 13 is lowered to 0.05 bar or less on the downstream side of the exhaust gas turbine blades 7. On the other hand, the pressure of the seal air discharged from the labyrinth gap into the exhaust gas passage 13 is about 4 bar, which is higher than the pressure of the exhaust gas passing through this position. Therefore, the seal air is jetted vertically from the labyrinth gap to the downstream side of the exhaust gas turbine blade 7 at a high flow velocity, and this is caused by the flow of the exhaust gas immediately downstream of the exhaust gas turbine blade 7 Causing disturbance. That is, it has been found that the flow of the exhaust gas is peeled from the inner surface of the exhaust gas passage 13 due to the ejection of the high-pressure seal air, which causes the turbine efficiency to deteriorate.

또, 배기가스 통로(13)를 구성하는 배기가스 출구 케이싱(12)은, 배기가스의 열을 수용하여 열팽창하고, 그 단부(12a)가 터빈 디스크(6)측에 근접하는 경향이 있다. 이로 인하여, 배기가스 출구 케이싱(12)의 단부(12a)와 터빈 디스크(6)의 사이의 간극(G)은, 상기의 열확산을 고려하여 래버린스 간극보다도 크게 해둘 필요가 있고, 일반적으로는 5~6밀리미터 정도로 설정된다. 이 간극(G)의 존재에 의하여, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스의 흐름에 흐트러짐이 발생하며, 이 점에서도 터빈 효율이 저하되어 버릴 우려가 있었다.The exhaust gas outlet casing 12 constituting the exhaust gas passage 13 receives heat of the exhaust gas and thermally expands and the end portion 12a thereof tends to approach the turbine disk 6 side. Therefore, the clearance G between the end portion 12a of the exhaust gas outlet casing 12 and the turbine disk 6 needs to be larger than the labyrinth gap in consideration of the above-described thermal diffusion, and generally, 5 To about 6 millimeters. Due to the presence of the clearance G, disturbance occurs in the flow of the exhaust gas immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7, and the turbine efficiency may be lowered in this respect as well.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름이, 배기가스 통로의 형상이나, 가스(에어) 래버린스 시일로부터 배기가스 통로 내로 방출되는 시일 가스(또는 시일 공기)에 의하여 흐트러지는 것을 방지하고, 터빈 효율을 높일 수 있는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치 및 이를 구비한 배기가스 터빈 과급기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an exhaust gas turbine engine having a structure in which an exhaust gas flow immediately after passing through an exhaust gas turbine blade, (Or seal air), and to improve the efficiency of the turbine, and to provide an exhaust gas turbine supercharger having the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 양태에 관한 축류 터빈의 래버린스 시일 장치는, 베어링 받침대에 축지지된 터빈축과, 상기 터빈축에 마련된 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크의 외주부에 마련된 배기가스 터빈 날개와, 상기 배기가스 터빈 날개에 배기가스를 공급하고, 또한 상기 배기가스 터빈 날개를 통과한 상기 배기가스를 계 외로 배출하는 배기가스 통로를 형성하는 케이싱과, 상기 베어링 받침대측에 고정되고 상기 터빈 디스크의 배기가스 하류측에 인접하여 가스 래버린스 시일을 구성하는 환형의 래버린스 부재와, 상기 가스 래버린스 시일을 흐르는 시일 가스를 상기 배기가스 터빈 날개보다도 배기가스 하류측의 상기 배기가스 통로 내에 방출하는 시일 가스 방출 통로를 구비하는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치로서, 상기 시일 가스 방출 통로는, 상기 케이싱의 상기 배기가스 통로 형성 부분과 상기 래버린스 부재의 사이에 형성되어 있다.In order to solve the above problems, a labyrinth seal device for an axial turbine according to a first aspect of the present invention includes a turbine shaft supported by a bearing support, a turbine disk provided on the turbine shaft, A casing for supplying an exhaust gas to the exhaust gas turbine blade and forming an exhaust gas passage for exhausting the exhaust gas that has passed through the exhaust gas turbine blade to the outside of the system; An annular labyrinth member which forms a gas labyrinth seal adjacent to an exhaust gas downstream side of the turbine disk, and a seal gas which flows through the gas labyrinth seal to the exhaust gas downstream of the exhaust gas turbine blade And a seal gas discharge passage for discharging the seal gas into the passageway, Gas discharge passage is formed between the forming the exhaust passage of the casing portion and the labyrinth members.

상기 구성의 축류 터빈 래버린스 시일 장치에 의하면, 시일 가스가, 종래와 같이 터빈 디스크와 래버린스 부재의 사이로부터가 아니라, 래버린스 부재보다도 하류측의 위치에 마련된 시일 가스 방출 통로로부터 배기가스 통로 내로 방출된다.According to the axial turbine labyrinth seal apparatus having the above-described configuration, the seal gas flows from the seal gas discharge passage provided at a position downstream of the labyrinth member to the exhaust gas passage, not from between the turbine disk and the labyrinth member, .

이와 같이, 시일 가스의 방출 위치(시일 가스 방출 통로)가 터빈 디스크와 래버린스 부재의 인접부보다도 하류측이 되기 때문에, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 적어도 일부의 영역에는, 고압의 시일 가스가 방출됨으로써 흐름에 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이로써 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.In this way, since the discharge position of the seal gas (the seal gas discharge passage) is located on the downstream side of the vicinity of the turbine disk and the labyrinth member, at least a portion of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blade, It is possible to suppress the generation of disturbance in the flow due to the discharge of the high-pressure seal gas, thereby improving the turbine efficiency.

또한, 배기가스의 열을 수용하여 열팽창하는 케이싱(배기가스 통로)과, 터빈 디스크의 사이에 래버린스 부재가 배치되고, 이 래버린스 부재와 케이싱의 사이에 간극 형상의 시일 가스 방출 통로가 형성되어 있기 때문에, 이 시일 가스 방출 통로에 의하여 케이싱의 열팽창이 흡수된다.In addition, a labyrinth member is disposed between a casing (exhaust gas passage) that receives heat of the exhaust gas and thermally expands and a turbine disk, and a gap-shaped seal gas discharge passage is formed between the labyrinth member and the casing The thermal expansion of the casing is absorbed by the seal gas discharge passage.

이로 인하여, 케이싱과 터빈 디스크가 인접하고 있던 종래의 구성과 같이, 케이싱의 열확산을 고려하여 배기가스 출구 케이싱의 단부와 터빈 디스크의 사이의 간극을 크게 설정할 필요가 없다. 또한, 래버린스 부재는 열응력을 수용하기 어려운 베어링 받침대에 접속되어 있기 때문에, 래버린스 부재가 열팽창하여 터빈 디스크에 접근하는 일이 없다. 따라서, 래버린스 부재와 터빈 디스크의 사이의 간극을 최소한으로 설정할 수 있다.Accordingly, it is not necessary to set a large gap between the end of the exhaust gas outlet casing and the turbine disk in consideration of the thermal diffusion of the casing, as in the conventional configuration in which the casing and the turbine disk are adjacent to each other. Further, since the labyrinth member is connected to the bearing support, which hardly receives thermal stress, the labyrinth member does not thermally expand and approach the turbine disk. Therefore, the gap between the labyrinth member and the turbine disk can be set to a minimum.

이로써, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스의 흐름이 큰 간극의 위를 통과하는 일이 없어지게 되고, 배기가스 흐름에 흐트러짐이 발생하지 않게 되어, 이 점에서도 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.Thereby, the flow of the exhaust gas immediately after passing through the exhaust gas turbine blade does not pass over the large gap, and the flow of the exhaust gas is not disturbed, and the turbine efficiency can be improved in this respect as well .

상기의 구성에 있어서는, 상기 래버린스 부재의 외주면은, 상기 케이싱과 함께 상기 배기가스 통로를 형성하는 것이 바람직하다.In the above configuration, it is preferable that the outer peripheral surface of the labyrinth member form the exhaust gas passage together with the casing.

이와 같이, 래버린스 부재의 외주면이 케이싱과 함께 배기가스 통로를 형성하기 때문에, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름이 큰 간극의 위를 통과하는 일이 없어지게 되고, 배기가스 흐름의 흐트러짐을 억제하여 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.Thus, since the outer circumferential surface of the labyrinth member forms the exhaust gas passage together with the casing, the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blade does not pass over a large gap, and the exhaust gas flow The turbine efficiency can be improved by suppressing the disturbance.

상기의 구성에 있어서는, 상기 시일 가스 방출 통로의, 상기 배기가스 통로와의 합류부는, 상기 시일 가스의 흐름 방향이, 상기 배기가스 통로의 하류측을 향하는 축 방향 성분을 갖도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.In the above configuration, it is preferable that the confluence portion of the seal gas discharge passage with the exhaust gas passage is formed such that the flow direction of the seal gas has an axial component directed to the downstream side of the exhaust gas passage .

이와 같이, 시일 가스 방출 통로를 형성함으로써, 이 시일 가스 방출 통로로부터 배기가스 통로 내로 방출되는 시일 가스를, 배기가스의 흐름에 대하여 얕은 각도로 합류시킬 수 있다. 이로써, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 흐트러짐을 적게 하여, 터빈 효율을 더 향상시킬 수 있다.By forming the seal gas discharge passage in this manner, the seal gas discharged from the seal gas discharge passage into the discharge gas passage can be joined at a shallow angle to the flow of the exhaust gas. Thereby, the disturbance of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades can be reduced, and the turbine efficiency can be further improved.

상기의 구성에 있어서, 상기 시일 가스 방출 통로는, 상기 시일 가스의 흐름 방향이 바뀌는 굴곡부를 구비하고 있는 것이 보다 바람직하다.In the above configuration, it is preferable that the seal gas discharge passage has a bent portion in which the flow direction of the seal gas is changed.

이와 같이, 시일 가스 방출 통로에 굴곡부를 마련함으로써, 시일 가스 방출 통로의 내부를 흐르는 시일 가스의 유동 저항(압력 손실)이 증가하여, 그 유속이 저하된다. 이로 인하여, 시일 가스가 배기가스 통로 내에 방출될 때의 배기가스 흐름의 흐트러짐을 억제하여, 터빈 효율을 더 향상시킬 수 있다.By providing the bent portion in the seal gas discharge passage in this manner, the flow resistance (pressure loss) of the seal gas flowing in the seal gas discharge passage increases, and the flow rate thereof decreases. Thereby, disturbance of the exhaust gas flow when the seal gas is discharged into the exhaust gas passage can be suppressed, and the turbine efficiency can be further improved.

상기의 구성에 있어서는, 상기 시일 가스 방출 통로의 위치에 있어서, 상기 래버린스 부재의 배기가스 하류측 단부를, 상기 케이싱의 상기 배기가스 통로 형성부에 있어서의 배기가스 상류측 단부의 외주측에 중첩하고, 이 중첩된 부분에 돌기 부재를 둘레 방향으로 점재적으로 개재해도 된다.In the above arrangement, the exhaust gas downstream end of the labyrinth member is overlapped on the outer circumferential side of the exhaust gas upstream end of the exhaust gas passage forming portion of the casing at the position of the seal gas releasing passage And the projection member may be intermittently provided in the circumferential direction on the overlapped portion.

상기 구성에 의하면, 배기가스 통로를 형성하는 케이싱의 배기가스 상류측 단부가 열팽창하여, 예를 들면 배기가스 통로의 내면에 단차를 발생시키는 변형을 일으키려고 해도, 이 변형이 돌기 부재를 통하여 래버린스 부재에 의하여 억제된다.According to the above configuration, even if the exhaust gas upstream side end portion of the casing forming the exhaust gas passage thermally expands, for example, to cause deformation causing a step on the inner surface of the exhaust gas passage, Member.

이로 인하여, 케이싱이 열팽창하여 변형되는 것을 억제하고, 배기가스의 흐름이 흐트러지는 것을 방지하여, 터빈 효율의 저하를 저지함과 함께, 시일 가스 방출 통로의 개구 면적이 작아지게 되는 것을 방지할 수 있다.As a result, it is possible to prevent the casing from being thermally expanded and deformed, to prevent the flow of the exhaust gas from being disturbed, to prevent the deterioration of the turbine efficiency, and to prevent the opening area of the seal gas discharge passage from becoming small .

본 발명의 제2 양태에 관한 배기가스 터빈 과급기는, 상기 중 어느 하나의 축류 터빈의 래버린스 장치를 구비함과 함께, 상기 터빈축에 압축기가 동축적으로 마련되고, 상기 배기가스의 에너지에 의하여 상기 압축기를 회전 구동하여 내연 기관의 흡입 가스를 과급한다.The exhaust gas turbine supercharger according to the second aspect of the present invention is characterized in that the exhaust gas turbine supercharger according to the second aspect of the present invention is provided with a labyrinth device of any one of the above axial turbines and is provided with a compressor coaxially in the turbine shaft, And the compressor is rotationally driven to supercharge the intake gas of the internal combustion engine.

이 배기가스 터빈 과급기에 의하면, 시일 가스가, 종래와 같이 터빈 디스크와 래버린스 부재의 사이로부터가 아니라, 래버린스 부재보다도 하류측의 위치에서 배기가스 통로 내로 방출된다. 이로 인하여, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름에 고압의 시일 가스가 방출됨으로써 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이로써 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.According to this exhaust gas turbine supercharger, the seal gas is discharged into the exhaust gas passage at a position on the downstream side of the labyrinth member rather than between the turbine disk and the labyrinth member as in the conventional case. As a result, it is possible to suppress occurrence of disturbance by discharging the high-pressure seal gas to the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blade, thereby improving the turbine efficiency.

또한, 케이싱과 터빈 디스크의 사이에 배치된 래버린스 부재와, 케이싱의 사이에 마련된 시일 가스 방출 통로에 의하여 케이싱의 열팽창이 흡수된다. 이로 인하여, 래버린스 부재와 터빈 디스크의 사이의 간극을 최소한으로 설정하고, 배기가스 터빈 날개를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 흐트러짐을 억제하여 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.The thermal expansion of the casing is absorbed by the labyrinth member disposed between the casing and the turbine disk and the seal gas discharge passage provided between the casing. Thus, the gap between the labyrinth member and the turbine disk can be set to a minimum, and the turbine efficiency can be improved by suppressing the disturbance of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades.

이상과 같이, 본 발명에 관한 엔진의 회전 센서 장치, 이를 구비한 선박용 엔진에 있어서는, 간소하고 또한 저가의 구성에 의하여, 크랭크축의 회전 정보를 양호한 정밀도로 검출할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, in the rotation sensor device for an engine according to the present invention and the marine engine having the same, it is possible to detect the rotation information of the crankshaft with good accuracy by a simple and inexpensive structure.

도 1은 본 발명에 관한 래버린스 시일 장치가 적용된 배기가스 터빈 과급기에 있어서의 배기가스 터빈 부근의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따르는 종단면도이다.
도 6은 종래의 기술을 나타내는, 래버린스 시일 장치가 적용된 배기가스 터빈 과급기에 있어서의 배기가스 터빈 부근의 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas turbine supercharger to which the labyrinth seal device according to the present invention is applied, in the vicinity of an exhaust gas turbine.
Fig. 2 is an enlarged view of the vicinity of a labyrinth seal device showing the first embodiment of the present invention. Fig.
Fig. 3 is an enlarged view of the vicinity of a labyrinth seal device showing a second embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of the vicinity of a labyrinth seal device showing a third embodiment of the present invention.
5 is a longitudinal sectional view taken along the line VV in Fig.
6 is a longitudinal sectional view of the vicinity of an exhaust gas turbine in an exhaust gas turbine supercharger to which a conventional labyrinth seal device is applied.

이하에, 본 발명의 복수 실시형태에 대하여, 도 1에서 도 5를 참조하면서 설명한다.Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 5. Fig.

[제1 실시형태][First Embodiment]

도 1은, 본 발명에 관한 래버린스 시일 장치가 적용된 축류형의 배기가스 터빈 과급기에 있어서의 배기가스 터빈 부근을 나타내는 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다.1 is a longitudinal sectional view showing the vicinity of an exhaust gas turbine in an axial flow type exhaust gas turbine supercharger to which a labyrinth seal device according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a labyrinth seal device according to a first embodiment of the present invention. Is an enlarged view of the vicinity.

배기가스 터빈 과급기(1)는, 예를 들면 도시하지 않은 선박용 대형 디젤 기관에 장비되어 흡입 가스를 과급하기 위한 것이고, 베어링 받침대(2)와, 이 베어링 받침대(2)에 한 쌍의 레이디얼 베어링(3)을 통하여 축지지된 터빈축(4)과, 이 터빈축(4)의 일단에 마련되어 선박용 대형 디젤 기관이 배출하는 배기가스에 의하여 고속 회전 구동되는 배기가스 터빈(5)(축류 터빈)과, 터빈축(4)의 타단에 동축적으로 마련되어 배기가스의 에너지에 의하여 터빈축(4)이 회전 구동됨으로써 흡입 가스를 압축하여 선박용 대형 디젤 기관에 과급하는 도시하지 않은 압축기를 구비하며 구성되어 있다.The exhaust gas turbine turbocharger 1 is provided, for example, in a large diesel engine for a ship (not shown) for supercharging intake gas. The exhaust gas turbine turbocharger 1 includes a bearing base 2, a pair of radial bearings An exhaust gas turbine 5 (axial turbine) provided at one end of the turbine shaft 4 and driven to rotate at a high speed by an exhaust gas discharged from a large-scale marine diesel engine, And a compressor (not shown) provided coaxially with the other end of the turbine shaft 4 and compressing the suction gas by rotating the turbine shaft 4 by the energy of the exhaust gas to supercharge the compressed gas to a large-scale marine diesel engine have.

흡입 가스로서는 선박용 대형 디젤 기관의 외부로부터 흡입되는 공기가 적용되지만, 이 외에 예를 들면 선박용 대형 디젤 기관이 배출하는 배기가스를 이용한 EGR 가스가 적용되어도 된다.As the suction gas, air sucked from the outside of a large-sized marine diesel engine is applied, but in addition to that, EGR gas using exhaust gas discharged from a large-sized marine diesel engine may be applied.

배기가스 터빈(5)은, 터빈축(4)의 일단에 회전 일체로 마련된 원반 형상의 터빈 디스크(6)와, 이 터빈 디스크(6)의 외주부에 등간격으로 다수 마련된 배기가스 터빈 날개(7)로 이루어지는 터빈 로터(8)를 구비하고 있다. 또한, 배기가스 터빈(5)은, 배기가스 입구 케이싱(11)과, 배기가스 출구 케이싱(12)(케이싱)과, 배기가스 통로(13)와, 후술하는 래버린스 시일 장치(15)를 구비하고 있다.The exhaust gas turbine 5 includes a disk-shaped turbine disk 6 integrally provided at one end of the turbine shaft 4 and a plurality of exhaust gas turbine blades 7 arranged equidistantly on the outer periphery of the turbine disk 6 And a turbine rotor 8 composed of a turbine rotor 8. The exhaust gas turbine 5 is provided with an exhaust gas inlet casing 11, an exhaust gas outlet casing 12 (casing), an exhaust gas passage 13, and a labyrinth seal device 15 .

배기가스 입구 케이싱(11)과 배기가스 출구 케이싱(12)이 맞추어짐으로써, 터빈축(4)의 축 방향을 따르고, 또한 터빈축(4)을 둘러싸는 형상의 배기가스 통로(13)가 형성되어 있다. 그리고, 배기가스 출구 케이싱(12)의 입구 부근이 되는 배기가스 통로(13)의 내부에 배기가스 터빈 날개(7)가 돌출되어 있다. 부호 17은 배기가스 터빈 날개(7)의 입구측에 설치된 터빈 노즐이다.The exhaust gas inlet passage casing 11 and the exhaust gas outlet casing 12 are matched to each other to form an exhaust gas passage 13 along the axial direction of the turbine shaft 4 and also surrounding the turbine shaft 4 . An exhaust gas turbine blade (7) protrudes inside the exhaust gas passage (13) near the inlet of the exhaust gas outlet casing (12). Reference numeral 17 is a turbine nozzle installed at the inlet side of the exhaust gas turbine blade 7. [

배기가스 통로(13)의 내부에 돌출되어 있는 배기가스 터빈 날개(7)는, 배기가스 통로(13)를 흘러 터빈 노즐(17)에 있어서 팽창된 배기가스 흐름에 의하여 구동된다. 이로써, 터빈 로터(8) 및 터빈축(4)이 회전하여 동력이 발생하고, 이 동력에 의하여 상술한 압축기(흡기 터빈)가 구동되며, 외부로부터 흡입된 가스가 압축되어 선박용 대형 디젤 기관의 흡입 가스로서 공급(과급)된다. 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 후의 배기가스의 압력은 0.05bar 이하까지 저하된다.An exhaust gas turbine blade 7 protruding inside the exhaust gas passage 13 flows through the exhaust gas passage 13 and is driven by the exhaust gas flow expanded in the turbine nozzle 17. [ As a result, the turbine rotor 8 and the turbine shaft 4 are rotated to generate power, the compressor (intake turbine) described above is driven by the power, the gas sucked from the outside is compressed, Gas (supercharged). The pressure of the exhaust gas after passing through the exhaust gas turbine blade 7 is reduced to 0.05 bar or less.

래버린스 시일 장치(15)는, 2개의 환형의 래버린스 부재(21, 22)를 구비하고 있다. 일방의 래버린스 부재(21)는, 터빈축(4)의 축 방향에서 레이디얼 베어링(3)과 터빈 디스크(6)의 사이에 위치하도록 베어링 받침대(2)측에 고정되어 오일 래버린스 시일(OL)을 구성하고 있다. 다른 일방의 래버린스 부재(22)는, 터빈 디스크(6)에 대하여 배기가스 하류측(베어링 받침대(2)측)에 인접하도록 베어링 받침대(2)측에 고정되어 가스 래버린스 시일(GL)을 구성하고 있다. 이들 래버린스 시일(OL, GL)은, 모두 다단 형상의 래버린스 핀을 맞물리게 한 공지의 구성이다.The labyrinth seal unit 15 is provided with two annular labyrinth members 21 and 22. One of the labyrinth members 21 is fixed to the bearing base 2 side so as to be positioned between the radial bearing 3 and the turbine disk 6 in the axial direction of the turbine shaft 4, OL). The other one of the labyrinth member 22 is fixed to the bearing support 2 side so as to be adjacent to the exhaust gas downstream side (the bearing support 2 side) with respect to the turbine disk 6 to support the gas labyrinth seal GL Respectively. These labyrinth seals OL and GL have a known structure in which a labyrinth pin of a multistage shape is engaged with each other.

베어링 받침대(2)의 내부에는 추기 통로(24)가 형성되어 있다. 이 추기 통로(24)는, 상술한 압축기에서 압축된 흡입 가스의 일부를 추기하여 오일 래버린스 시일(OL)과 가스 래버린스 시일(GL)에 공급하는 가스 통로이다. 흡입 가스로서 선박용 대형 디젤 기관이 배출하는 배기가스를 이용한 EGR 가스가 적용되는 경우에는, EGR 가스를 시일 가스로서 오일 래버린스 시일(OL), 가스 래버린스 시일(GL)에 공급하도록 해도 된다.A bearing passage (24) is formed in the bearing base (2). The additional passage 24 is a gas passage for supplying a part of the suction gas compressed in the compressor described above to the oil labyrinth seal OL and the gas labyrinth seal GL. When EGR gas using exhaust gas discharged from a ship large-sized diesel engine is applied as an intake gas, EGR gas may be supplied as a seal gas to the oil labyrinth seal (OL) and gas labyrinth seal (GL).

도 2에도 나타내는 바와 같이, 가스 래버린스 시일(GL)을 구성하는 래버린스 부재(22)는, 그 외주면(22a)이 배기가스 통로(13)(배기가스 출구 케이싱(12))의 내면(13a)에 대하여 단차를 발생시키지 않도록 배기가스 통로(13) 내에 노정(露呈)되어 있으며, 배기가스 출구 케이싱(12)과 함께 배기가스 통로(13)를 형성하고 있다. 래버린스 부재(22)는, 배기가스 출구 케이싱(12)과의 사이에 상술한 간극 형상의 시일 가스 방출 통로(26)를 개재하여 인접하도록 베어링 받침대(2)에 고정되어 있다.2, the labyrinthine member 22 constituting the gas labyrinth seal GL has an outer circumferential surface 22a formed on the inner surface 13a of the exhaust gas passage 13 (exhaust gas outlet casing 12) The exhaust gas passage 13 is formed in the exhaust gas passage 13 together with the exhaust gas outlet casing 12 so as not to generate a step with respect to the exhaust gas passage 13. The labyrinth member 22 is fixed to the bearing support 2 so as to be adjacent to the exhaust gas outlet casing 12 via the sealing gas discharge passage 26 having the gap shape described above.

래버린스 부재(22)의 반(反)터빈 디스크(6)측에는, 외주면(22a)보다도 외경이 작게 이루어진 단부(22b)(도 2 참조)가 형성되며, 이 단부(22b)에 환형의 가스 시일 링(28)이 끼워 넣어져 있다. 그리고, 이 가스 시일 링(28)의 외주면에, 배기가스 출구 케이싱(12)의 배기가스 상류측 단부(12a)의 내주면이 축 방향으로 슬라이드 가능하게 덮여, 이 배기가스 상류측 단부(12a)와 래버린스 부재(22)의 사이에 시일 가스 방출 통로(26)가 형성되어 있다.An end portion 22b (see Fig. 2) having an outer diameter smaller than that of the outer circumferential surface 22a is formed on the anti-turbine disk 6 side of the labyrinth member 22, and an annular gas seal The ring 28 is inserted. An inner circumferential surface of the exhaust gas upstream side end portion 12a of the exhaust gas outlet casing 12 is slidably covered in an axial direction on the outer circumferential surface of the gas sealing ring 28 and the exhaust gas upstream side end portion 12a A seal gas discharge passage (26) is formed between the labyrinth member (22).

시일 가스 방출 통로(26)의 말단부, 즉 배기가스 통로(13)에 연통되는 합류부는, 도 1 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 이 시일 가스 방출 통로(26)로부터 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 시일 가스의 흐름 방향이, 배기가스 통로(13) 내를 흐르는 배기가스의 흐름 방향을 따르고, 또한 배기가스 통로(13)의 하류측을 향하는 축 방향 성분을 갖도록 형성되어 있다. 즉, 시일 가스 방출 통로(26)의 말단부는 배기가스 통로(13)에 대하여 경사지게 합류하는 단면 형상으로 되어 있다.The junction portion communicating with the end portion of the seal gas discharge passage 26, that is, the exhaust gas passage 13, is discharged from the seal gas discharge passage 26 into the exhaust gas passage 13 The flow direction of the seal gas is formed so as to have an axial component along the flow direction of the exhaust gas flowing in the exhaust gas passage 13 and toward the downstream side of the exhaust gas passage 13. [ That is, the distal end portion of the seal gas discharge passage 26 has a sectional shape that obliquely joins the exhaust gas passage 13.

도 2에 나타내는 바와 같이, 래버린스 부재(22)에 있어서의 가스 래버린스 시일(GL)보다도 외주측의 부분에는, 터빈 디스크(6)와의 사이의 클리어런스가 크게 이루어진 집기실(30)이 형성되어 있으며, 이 집기실(30)보다도 더 외주측의 부분과 터빈 디스크(6)의 사이의 간극(G1)은 최소한의 치수, 예를 들면 1밀리미터 정도로 설정되어 있다. 또, 집기실(30)로부터 시일 가스 방출 통로(26)에 연통되는 탈기 통로(31)가 형성되어 있다. 이 탈기 통로(31)는, 래버린스 부재(22)의 둘레 방향에 복수 마련되어 있다.2, a collecting chamber 30 having a larger clearance with respect to the turbine disk 6 is formed on the outer peripheral side of the gas labyrinth seal GL in the labyrinth member 22 And the clearance G1 between the portion on the outer circumferential side and the turbine disk 6 is set to a minimum dimension, for example, about 1 millimeter. Further, a degassing passage 31 communicating with the seal gas discharge passage 26 is formed from the housing chamber 30. A plurality of the degassing passages (31) are provided in the circumferential direction of the labyrinth member (22).

이상과 같이 구성된 래버린스 시일 장치(15)에 있어서, 오일 래버린스 시일(OL)과 가스 래버린스 시일(GL)의 각각에는, 압축기에서 압축된 흡입 가스의 일부가 추기 통로(24)를 거쳐 시일 가스로서 공급된다. 구체적으로는, 추기 통로(24)로부터 먼저 오일 래버린스 시일(OL)에 시일 가스가 공급되고, 오일 래버린스 시일(OL)로부터 방출된 시일 가스가 다음으로 가스 래버린스 시일(GL)에 공급된다. 그 후, 배기가스 터빈 날개(7)보다도 배기가스 하류측에 위치하는 간극 형상의 시일 가스 방출 통로(26)로부터, 도 1 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 배기가스 통로(13) 내로 방출된다.In each of the oil labyrinth seal OL and the gas labyrinth seal GL in the thus configured labyrinth seal unit 15, a part of the suction gas compressed in the compressor is passed through the additional passage 24, Gas. Specifically, the seal gas is first supplied to the oil labyrinth seal OL from the additional passage 24, and the seal gas discharged from the oil labyrinth seal OL is then supplied to the gas labyrinth seal GL . Thereafter, the exhaust gas is discharged into the exhaust gas passage 13 from the gap-shaped seal gas discharge passage 26 located on the downstream side of the exhaust gas turbine blade 7, as indicated by the arrow in FIG.

이로써, 오일 래버린스 시일(OL)에 있어서는, 시일 가스의 압력에 의하여, 레이디얼 베어링(3)에 공급된 윤활유가 터빈 디스크(6)측에 누설(漏洩)되는 것이 방지된다. 또, 가스 래버린스 시일(GL)에 있어서는, 시일 가스의 압력에 의하여, 터빈 디스크(6)가 래버린스 부재(22)에 대하여 배기가스 상류측(도 1에 대하여 우측 방향)으로 압압된다.Thus, in the oil labyrinth seal (OL), the lubricating oil supplied to the radial bearing (3) is prevented from leaking to the turbine disk (6) side by the pressure of the seal gas. In the gas labyrinth seal GL, the turbine disk 6 is pressed against the labyrinth member 22 by the pressure of the seal gas on the upstream side of the exhaust gas (rightward with respect to FIG. 1).

이로 인하여, 배기가스의 압력에 저항하여 터빈 로터(8) 및 터빈축(4)을 배기가스 상류측으로 압압하는 스러스트력이 발생한다. 도시하지 않은 스러스트 베어링에 대한 부담이 경감됨과 동시에, 터빈축(4)을 회전시키는 데 필요한 구동력이 저감된다.As a result, a thrust force for pressing the turbine rotor 8 and the turbine shaft 4 against the pressure of the exhaust gas toward the upstream side of the exhaust gas is generated. The burden on the thrust bearing (not shown) is reduced and the driving force required to rotate the turbine shaft 4 is reduced.

에어 래버린스 시일(GL)을 통과한 후의 시일 가스는 집기실(30)(도 2 참조)에 흐르고, 또한 탈기 통로(31)를 거쳐 시일 가스 방출 통로(26)에 흘러, 배기가스 통로(13) 내로 방출된다. 이와 같이 시일 가스가 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 위치는, 터빈축(4)의 축 방향에서, 터빈 디스크(6)와 래버린스 부재(22)의 인접부(간극(G1))보다도 하류측의 위치가 된다.The seal gas after passing through the air labyrinth seal GL flows into the chamber 30 (see FIG. 2), flows through the degassing passage 31 into the seal gas discharge passage 26, Lt; / RTI > The position at which the seal gas is discharged into the exhaust gas passage 13 is located downstream of the adjacent portion (gap G1) of the turbine disk 6 and the labyrinth member 22 in the axial direction of the turbine shaft 4 As shown in Fig.

이와 같이, 배기가스보다도 고압의 시일 가스가 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 위치(시일 가스 방출 통로(26))는, 도 6에 나타내는 종래의 간극(G)의 위치(터빈 디스크(6)와 래버린스 부재(22)의 인접부(간극(G))보다도 하류측이 된다. 이로 인하여, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 위치(종래의 시일 가스 분출구였던 간극(G1)의 위치)의 부근에 있어서의 배기가스 흐름에 고압의 시일 가스가 방출됨으로써 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이로써 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.The position (the seal gas discharge passage 26) at which the seal gas having a higher pressure than the exhaust gas is discharged into the exhaust gas passage 13 is located at the position of the conventional gap G (the position of the turbine disk 6) Of the clearance G1 which was the conventional seal gas ejection orifice and the position immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 becomes the downstream side with respect to the adjacent portion (gap G) of the labyrinth member 22 and the labyrinth member 22. Therefore, It is possible to suppress the generation of disturbance due to the discharge of the high-pressure seal gas to the exhaust gas flow in the vicinity of the exhaust gas flow path (the position of the exhaust gas). As a result, the turbine efficiency can be improved.

또한, 배기가스의 열을 수용하여 열팽창하는 배기가스 출구 케이싱(12)과, 터빈 디스크(6)의 사이에 래버린스 부재(22)가 배치되고, 이 래버린스 부재(22)와 배기가스 출구 케이싱(12)의 사이에 간극 형상의 시일 가스 방출 통로(26)가 형성되어 있기 때문에, 이 시일 가스 방출 통로(26)에 의하여 배기가스 출구 케이싱(12)의 열팽창이 흡수된다.A labyrinth member 22 is disposed between the exhaust gas outlet casing 12 and the turbine disk 6 for accommodating the heat of the exhaust gas and thermally expanding. The labyrinth member 22 and the exhaust gas outlet casing Shaped seal gas discharge passage 26 is formed between the exhaust gas outlet passage 12 and the exhaust gas outlet casing 12, the thermal expansion of the exhaust gas outlet casing 12 is absorbed by the seal gas discharge passage 26.

즉, 배기가스 출구 케이싱(12)이 축 방향으로 열팽창하면, 그 단부(12a)의 내주면이 가스 시일 링(28)의 외주면에 대하여 축 방향으로 미끄러지고, 단부(12a)가 래버린스 부재(22)측으로 신장하는데, 이와 같이 배기가스 출구 케이싱(12)이 열팽창에 의하여 축 방향으로 뻗는 양에 비하여, 시일 가스 방출 통로(26)의 축 방향 길이는 충분한 간격이 있기 때문에, 열팽창한 배기가스 출구 케이싱(12)이 래버린스 부재(22)에 간섭하는 일은 없다.That is, when the exhaust gas outlet casing 12 is thermally expanded in the axial direction, the inner peripheral surface of the end portion 12a slides in the axial direction with respect to the outer peripheral surface of the gas seal ring 28, and the end portion 12a is in contact with the labyrinth member 22 The axial length of the seal gas discharge passage 26 is sufficiently long in comparison with the amount of the exhaust gas outlet casing 12 extending in the axial direction due to thermal expansion as described above, (12) does not interfere with the labyrinth member (22).

이와 같이, 시일 가스 방출 통로(26)의 위치에서 배기가스 출구 케이싱(12)의 열팽창이 흡수되기 때문에, 배기가스 출구 케이싱(12)과 터빈 디스크(6)가 인접하고 있었던 종래의 구성(도 6 참조)과 같이, 배기가스 출구 케이싱(12)의 열확산을 고려하여 배기가스 출구 케이싱(12)의 단부(12a)와 터빈 디스크(6)의 사이의 간극(G1)을 크게 설정할 필요가 없다.Thus, the thermal expansion of the exhaust gas outlet casing 12 is absorbed at the position of the seal gas discharge passage 26, so that the conventional structure in which the exhaust gas outlet casing 12 and the turbine disk 6 are adjacent It is not necessary to set a large gap G1 between the end portion 12a of the exhaust gas outlet casing 12 and the turbine disk 6 in consideration of the thermal diffusion of the exhaust gas outlet casing 12,

또한, 래버린스 부재(22)는 열응력을 받기 어려운 베어링 받침대(2)에 접속되어 있기 때문에, 래버린스 부재(22)가 열팽창하여 터빈 디스크(6)에 접근하는 일이 없다. 이들에 의하여, 간극(G1)을 최소한으로 설정할 수 있다. 따라서, 배기가스 터빈 날개(7)의 바로 하류측의 배기가스 통로(13) 내에 있어서의 단차 폭이 작아지게 되어, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 경계층이 박리되는 것에 의한 배기가스 흐름의 흐트러짐이 적어지게 되기 때문에, 이 점에서도 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.Since the labyrinth member 22 is connected to the bearing support 2 which is less susceptible to thermal stress, the labyrinth member 22 does not thermally expand and approach the turbine disk 6. [ Thus, the gap G1 can be set to a minimum. Therefore, the step width in the exhaust gas passage 13 immediately downstream of the exhaust gas turbine blades 7 becomes small, so that the boundary layer of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 is peeled off Therefore, the turbine efficiency can be improved in this respect as well.

또한, 시일 가스 방출 통로(26)의 말단부는, 배기가스의 흐름 방향에 대하여 경사지게 합류하는 단면 형상이기 때문에, 시일 가스 방출 통로(26)로부터 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 시일 가스를, 배기가스의 흐름에 대하여 얕은 각도로 합류시킬 수 있다. 이로써, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 흐트러짐(경계층의 박리 등)을 적게 하여, 터빈 효율을 더 향상시킬 수 있다.Since the end portion of the seal gas discharge passage 26 has a sectional shape inclined obliquely with respect to the flow direction of the exhaust gas, the seal gas, which is discharged from the seal gas discharge passage 26 into the exhaust gas passage 13, It can be joined at a shallow angle with respect to the gas flow. Thereby, disturbance of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 (peeling of the boundary layer and the like) can be reduced, and the turbine efficiency can be further improved.

[제2 실시형태][Second Embodiment]

도 3은, 본 발명의 제2 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다. 이 래버린스 시일 장치(35)는, 시일 가스 방출 통로(26)의 중간부에 굴곡부가 마련되어 있는 점에 있어서 제1 실시형태의 래버린스 시일 장치(15)와 상이하고, 그 외의 구성은 동일하기 때문에, 상기의 상이점에 대해서만 설명한다.3 is an enlarged view of the vicinity of a labyrinth seal device showing a second embodiment of the present invention. The labyrinth seal device 35 is different from the labyrinth seal device 15 of the first embodiment in that a bent portion is provided in the middle portion of the seal gas discharge passage 26, Therefore, only the above difference will be described.

시일 가스 방출 통로(26)에는, 그 상류 단부(탈기 통로(31)가 연통되는 부분)로부터, 배기가스 통로(13)에 경사지게 연통되는 말단부까지의 사이에, 시일 가스가 흐르는 방향이 직각으로 변하는 2개의 굴곡부(26a, 26b)가 마련되어 있다. 이들 2개의 굴곡부(26a, 26b)가 마련됨으로써, 시일 가스 방출 통로(26)의 단면 형상은 크랭크 형상으로 굴곡되어 있다.The seal gas discharge passage 26 is provided with a seal gas flow path 26 extending in a direction perpendicular to the flow direction of the seal gas between the upstream end portion (the portion where the degassing passage 31 communicates) and the distal end portion that is slantedly communicated with the exhaust gas passage 13 Two bent portions 26a and 26b are provided. By providing these two bent portions 26a, 26b, the cross-sectional shape of the seal gas discharge passage 26 is bent in a crank shape.

이로 인하여, 시일 가스 방출 통로(26)의 내부를 흐르는 시일 가스의 유동 저항(압력 손실)이 증가하고, 그 유속이 저하된다. 이로써, 시일 가스가 배기가스 통로(13) 내에 방출될 때의 배기가스 흐름의 흐트러짐이 적어지고, 터빈 효율을 더 향상시킬 수 있다. 굴곡부(26a, 26b)의 각도나 수량 등의 제조건은 적절히 변경할 수 있다.As a result, the flow resistance (pressure loss) of the seal gas flowing in the seal gas discharge passage 26 increases and the flow rate thereof decreases. Thereby, the disturbance of the exhaust gas flow when the seal gas is discharged into the exhaust gas passage 13 is reduced, and the turbine efficiency can be further improved. The conditions such as the angle and the quantity of the bent portions 26a and 26b can be appropriately changed.

[제3 실시형태][Third embodiment]

도 4는, 본 발명의 제3 실시형태를 나타내는 래버린스 시일 장치 부근의 확대도이다. 이 래버린스 시일 장치(40)는, 제2 실시형태의 래버린스 시일 장치(35)와 동일한 단면 형상을 구비하고 있다. 즉, 시일 가스 방출 통로(26)의 중간부에 2개의 굴곡부(26a, 26b)가 마련되어 있으며, 래버린스 부재(22)의 배기가스 하류측 단부가 배기가스 출구 케이싱(12)의 단부(12a)(배기가스 상류측 단부)의 외주측에 중첩되어 있다.4 is an enlarged view of the vicinity of a labyrinth seal device showing a third embodiment of the present invention. The labyrinth seal device 40 has the same cross-sectional shape as the labyrinth seal device 35 of the second embodiment. That is, two bent portions 26a and 26b are provided in the middle portion of the seal gas discharge passage 26. The end portion of the labyrinth member 22 on the downstream side of the exhaust gas is connected to the end portion 12a of the exhaust gas outlet casing 12. [ (Exhaust gas upstream side end) of the exhaust gas upstream side.

그리고, 도 5에도 나타내는 바와 같이, 이 중첩된 부분에 있어서, 배기가스 출구 케이싱(12)의 외주면에, 돌기 형상의 변형 억제 부재(43)가 둘레 방향으로 점재적으로 마련되어 있다. 이 변형 억제 부재(43)는, 예를 들면 축 방향으로 긴 사각 기둥 형상으로 형성되어 있으며, 배기가스 출구 케이싱(12)의 외주면에 일체적, 혹은 별도 부품으로서 마련되어 있다. 이 변형 억제 부재(43)를 래버린스 부재(22)측에 형성해도 되지만, 제조성을 고려하면 배기가스 출구 케이싱(12)의 외주면에 마련하는 편이 바람직하다. 변형 억제 부재(43)의 형상은, 원기둥 형상이나 날개형 단면 형상 등으로 하는 것도 생각할 수 있다.As shown in Fig. 5, on the outer circumferential surface of the exhaust gas outlet casing 12 in this overlapped portion, a projection-shaped deformation restraining member 43 is spotwise provided in the circumferential direction. The deformation restraining member 43 is formed, for example, in the shape of an elongated square pillar in the axial direction, and is integrally or separately provided on the outer circumferential surface of the exhaust gas outlet casing 12. [ The deformation restraining member 43 may be formed on the labyrinth member 22 side, but it is preferable to provide the deformation restraining member 43 on the outer circumferential surface of the exhaust gas outlet casing 12 in consideration of the production. It is also conceivable that the shape of the deformation restraining member 43 may be a cylindrical shape or a blade-like sectional shape.

이와 같은 변형 억제 부재(43)를 마련함으로써, 배기가스 출구 케이싱(12)의 배기가스 상류측의 단부(12a)가 열팽창하여, 예를 들면 배기가스 통로(13)의 내면에 단차를 발생시키는 변형을 일으키려고 해도, 이 변형이 돌기 형상의 변형 억제 부재(43)를 통하여 환형의 래버린스 부재(22)에 의하여 억제된다.By providing such a deformation suppressing member 43, the end portion 12a of the exhaust gas outlet casing 12 on the upstream side of the exhaust gas thermally expands, for example, a deformation that generates a step on the inner surface of the exhaust gas passage 13 The deformation is suppressed by the annular labyrinth member 22 through the protrusion-shaped deformation restraining member 43. [0050]

이로 인하여, 배기가스 통로(13)의 내면에 단차가 발생함으로써 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름에 흐트러짐이 발생하는 것을 방지하고, 터빈 효율의 저하를 저지할 수 있다. 또한, 배기가스 출구 케이싱(12)의 열팽창에 의하여 시일 가스 방출 통로(26)의 개구 면적이 작아지게 되는 것을 방지할 수 있다.As a result, a step is formed on the inner surface of the exhaust gas passage 13 to prevent the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 from being disturbed, and to prevent the deterioration of the turbine efficiency. Further, it is possible to prevent the opening area of the seal gas discharge passage 26 from becoming smaller due to the thermal expansion of the exhaust gas outlet casing 12.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 래버린스 시일 장치(15, 35, 40)에 의하면, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름이, 배기가스 통로(13)의 형상이나, 가스 래버린스 시일(GL)로부터 배기가스 통로(13) 내로 방출되는 고압의 시일 가스에 의하여 흐트러지는 것을 방지하고, 터빈 효율을 높일 수 있다.As described above, according to the labyrinth seal apparatuses 15, 35, and 40 of the present embodiment, the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 has the shape of the exhaust gas passage 13 , It is prevented from being disturbed by the high pressure sealing gas discharged from the gas labyrinth seal (GL) into the exhaust gas passage (13), and the turbine efficiency can be increased.

이와 같은 래버린스 시일 장치(15, 35, 40)를 구비한 배기가스 터빈 과급기(1)에 의하면, 시일 가스가, 종래와 같이 터빈 디스크(6)와 래버린스 부재(22)의 사이(간극(G1))로부터가 아니라, 래버린스 부재(22)보다도 하류측의 위치에서 배기가스 통로(13) 내에 방출되기 때문에, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름이, 시일 가스의 방출에 의하여 흐트러지는 것을 억제하고, 이로써 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.According to the exhaust gas turbine turbocharger 1 having such labyrinth seal devices 15, 35 and 40, the seal gas is supplied to the gap between the turbine disk 6 and the labyrinth member 22 The exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blades 7 is discharged from the exhaust gas passage 13 at a location on the downstream side of the labyrinth member 22, It is possible to suppress disturbance by discharge, thereby improving the turbine efficiency.

또한, 배기가스 출구 케이싱(12)과 터빈 디스크(6)의 사이에 배치된 래버린스 부재(22)와, 배기가스 출구 케이싱(12)의 사이에 마련된 시일 가스 방출 통로(26)에 의하여 배기가스 출구 케이싱(12)의 열팽창이 흡수된다. 이로 인하여, 래버린스 부재(22)와 터빈 디스크(6)의 사이의 간극(G1)을 최소한으로 설정하고, 배기가스 터빈 날개(7)를 통과한 직후의 배기가스 흐름의 흐트러짐을 없애 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.The labyrinth member 22 disposed between the exhaust gas outlet casing 12 and the turbine disk 6 and the seal gas discharge passage 26 provided between the exhaust gas outlet casing 12 serve as exhaust gases The thermal expansion of the outlet casing 12 is absorbed. This makes it possible to set the clearance G1 between the labyrinth member 22 and the turbine disk 6 to a minimum and eliminate the disturbance of the exhaust gas flow immediately after passing through the exhaust gas turbine blade 7, Can be improved.

본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경을 더할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 본 발명에 관한 래버린스 시일 장치를, 선박용 대형 디젤 기관에 장비되는 배기가스 터빈 과급기에 적용한 예에 대하여 설명했지만, 선박용 엔진의 과급기에 한하지 않고, 가스 터빈이나 제트 엔진 등, 다른 형식이나 용도의 축류 터빈에도 폭넓게 적용할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified appropriately. For example, in the above embodiment, the labyrinth seal device according to the present invention is applied to an exhaust gas turbine supercharger equipped in a large-scale marine diesel engine. However, the present invention is not limited to the supercharger of a marine engine, But also to axial turbines of other types or applications, such as jet engines.

1 배기가스 터빈 과급기
2 베어링 받침대
4 터빈축
5 배기가스 터빈(축류 터빈)
6 터빈 디스크
7 배기가스 터빈 날개
8 터빈 로터
12 배기가스 출구 케이싱(케이싱)
13 배기가스 통로
13a 배기가스 통로의 내주면
15, 35, 40 래버린스 시일 장치
22 래버린스 부재
22a 래버린스 부재의 외주면
26 시일 가스 방출 통로
26a, 26b 굴곡부
43 변형 억제 부재
GL 가스 래버린스 시일1 Exhaust gas turbine supercharger
2 Bearing base
4 Turbine shaft
5 Exhaust gas turbine (axial turbine)
6 Turbine disks
7 Exhaust Gas Turbine Wing
8 Turbine rotor
12 Exhaust gas outlet casing (casing)
13 Exhaust gas passage
13a inner circumferential surface of the exhaust gas passage
15, 35, 40 Labyrinth seal device
22 labyrinth member
22a outer peripheral surface of the labyrinth member
26 seal gas discharge passage
26a and 26b,
43 deformation restraining member
GL gas labyrinth seal

Claims (6)

베어링 받침대에 축지지된 터빈축과,
상기 터빈축에 마련된 터빈 디스크와,
상기 터빈 디스크의 외주부에 마련된 배기가스 터빈 날개와,
상기 배기가스 터빈 날개에 배기가스를 공급하고, 또한 상기 배기가스 터빈 날개를 통과한 상기 배기가스를 계 외로 배출하는 배기가스 통로를 형성하는 케이싱과,
상기 베어링 받침대측에 고정되고 상기 터빈 디스크의 배기가스 하류측에 인접하여 가스 래버린스 시일을 구성하는 환형의 래버린스 부재와,
상기 가스 래버린스 시일을 흐르는 시일 가스를 상기 배기가스 터빈 날개보다도 배기가스 하류측의 상기 배기가스 통로 내에 방출하는 시일 가스 방출 통로를 구비하는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치로서,
상기 시일 가스 방출 통로는, 상기 케이싱의 상기 배기가스 통로 형성 부분과 상기 래버린스 부재의 사이에 형성되는, 축류 터빈의 래버린스 시일 장치.A turbine shaft axially supported on the bearing base,
A turbine disk provided on the turbine shaft,
An exhaust gas turbine blade provided at an outer periphery of the turbine disk,
A casing for supplying an exhaust gas to the exhaust gas turbine blade and forming an exhaust gas passage for exhausting the exhaust gas that has passed through the exhaust gas turbine blade to the outside of the system,
An annular labyrinth member fixed on the bearing base side and adjacent to the exhaust gas downstream side of the turbine disk to constitute a gas labyrinth seal,
And a seal gas discharge passage for discharging the seal gas flowing through the gas labyrinth seal into the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas turbine blade than the exhaust gas turbine blade,
Wherein the seal gas discharge passage is formed between the exhaust gas passage forming portion of the casing and the labyrinth member. 청구항 1에 있어서,
상기 래버린스 부재의 외주면은, 상기 케이싱과 함께 상기 배기가스 통로를 형성하는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치.The method according to claim 1,
And an outer circumferential surface of the labyrinth member forms the exhaust gas passage together with the casing. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 시일 가스 방출 통로의, 상기 배기가스 통로와의 합류부는, 상기 시일 가스의 흐름 방향이, 상기 배기가스 통로의 하류측을 향하는 축 방향 성분을 갖도록 형성되어 있는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the confluence portion of the seal gas discharge passage with the exhaust gas passage is formed such that the flow direction of the seal gas has an axial component directed to the downstream side of the exhaust gas passage. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시일 가스 방출 통로는, 상기 시일 가스의 흐름 방향이 바뀌는 굴곡부를 구비하고 있는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the seal gas discharge passage has a bent portion in which the flow direction of the seal gas is changed. 청구항 4에 있어서,
상기 시일 가스 방출 통로의 위치에 있어서, 상기 래버린스 부재의 배기가스 하류측 단부가, 상기 케이싱의 상기 배기가스 통로 형성부에 있어서의 배기가스 상류측 단부의 외주측에 중첩되고, 이 중첩된 부분에 돌기 부재가 둘레 방향으로 점재적으로 개재되어 있는 축류 터빈의 래버린스 시일 장치.The method of claim 4,
The end of the labyrinth member downstream of the exhaust gas is superimposed on the outer circumferential side of the exhaust gas upstream end of the exhaust gas passage forming portion of the casing at the position of the seal gas releasing passage, And the projecting member is intermittently interposed in the circumferential direction. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 축류 터빈의 래버린스 장치를 구비함과 함께, 상기 터빈축에 압축기가 동축적으로 마련되고, 상기 배기가스의 에너지에 의하여 상기 압축기를 회전 구동하여 내연 기관의 흡입 공기를 과급하는 배기가스 터빈 과급기.A compressor of the turbine shaft is coaxially provided in the turbine shaft of the axial turbine according to any one of claims 1 to 5, and the compressor is rotationally driven by the energy of the exhaust gas, The exhaust gas turbine supercharger supercharging the intake air of the exhaust gas turbine.
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