19분전

선박 과급 장치, 터보 차져, 터빈 구조, turbine, turbo

1. 과급장치, 터보 원리, 터빈 구조 기능, turbine, turbo 장치의 개요.

선박엔진은 물론 자동차 엔진에서도 필요에 따라서 과급 장치, 터보, 터빈, turbine, turbo를 설치하여 출력을 향상할 수 있습니다.

선박엔진이나 자동자엔진에서 배출되는 배기가스(exhaust gas)는 실린더 헤드(cylinder head)로부터 나와서 배기 매니 홀드(exhaust manifold)를 통해 과급기의 터빈으로 들어갑니다. 터빈을 나온 배기가스는 직접 또는 배기 소음기(exhaust silencer)를 거쳐서 대기로 방출됩니다.

이때 터빈휠(turbine wheel)은 배기가스의 속도에너지를 받아서 회전에너지를 발생하고 터빈 축(turbine shaft)을 고속으로 회전시킵니다. 터빈 축의 회전에서 같은 축상에 결합된 임펠라(impeller)가 같은 고속으로 회전하며 흡입 공구는 압축 공구로 되어서 흡기 연락관, 흡기 매니 홀드를 통해서 흡기 행정의 각 실린더에 들어간다. 이렇게 압력이 가해지면 압축된 공기는 밀도가 커져서 무 과급 기관에 비해서 많은 연료를 완전히 연소할 수 있으며 출력을 증가시킬 수 있습니다.

과급기는 배기 터빈축으로, 배치 가스의 속도 에너지를 이용하여 구동하는 것이므로 마력은 하등 필요하지 않으며 연료의 완전연소를 이루어 무 과급기관에 비해 배기 온도를 같은 정도로 가해서 연료소비율을 증가시키지 않고도 출력의 향상을 기할 수 있습니다.

공기냉각기를 부착한 과급기에는 흡입공기의 온도를 낮게 하여 밀도를 높이고, 배기온도도 낮게 할 수 있도록 해서 이상의 출력 향상이 가능합니다.

2. 과급기기능, 터보차저 원리, vessel turbocharger

과급기, 터보차저의 취급법, 분해조립법 등에 관해서는 아래에서 확인해 보겠습니다..

과급기, 터보차저의 취급상의 대략의 주의사항을 아래에 나타냈다.

3. 과급기, 터보차저 구성

피스톤링(piston ring), 컴프레서 커버(compressor cover), 스라스트 베어링(thrust bearing), 베어링(bearing), 터빈하우징(turbine housing), 컴프레서 휠(compressor wheel), 디퓨져(diffuser), 베어링 하우징(bearing housing), 샤프트(shaft), 터빈 휠(turbine wheel), 웨스트게이트

1) 과급기의 최고온도, 허용최고 회전 속도는 다음과 같습니다. (본 과급기, 터보챠져는 어느 선박용 발전기 터빈을 예시로 한 것입니다.)

터빈 입구 최고온도 : 760°C

허용 최고 회전 속도 : 72,000 rpm

2) 최초 운전 시 성능과 그 후 정기적 계측에 의한 흡기 압력, 터빈입구온도, 흡입공기 입구 저항을 비교해서 과급기의 성능이 악화되었을 경우에 참고로 하면 유효하게 도움이 됩니다. 흡기압력이 규정이상 될 경우는 과급기의 회전이 과속될 우려가 있으니 주의를 요합니다. 흡기압력, 배기 온도 등에 크게 성능상의 변화가 있을 경우는 원인을 확인합니다. 일반적으로 과급기에 부적합 상태가 발생하면, 배기 온도가 상승한 것입니다.

흡기 압력의 저하는 일반적으로 블로워(blower) 측의 오염으로 인하여 발생하는 것이 많고 이때는 블로워를 세척 장치에 의해 청소를 해 주도록 합니다.

3) 분해 시 블로워 케이스 내 또는 급배기 관내에 윤활유, 터빈 엔진오일이 고이는 경우 또는 과급기의 회전이 무거운 경우도 있습니다.

4. 블로워 세척 요령

과급기는 장시간 사용하면 블로워 임페라(blower impeller)가 오염되어 급기 압력이 저하하여 기관의 배기 온도가 상승하므로 다음과 같은 요령으로 세척합니다.

1) 세척 시기는 500시간 운전 시 또는 급기 압력이 통상의 상태보다 10% 정도 저하되었을 때를 기준 합니다.

2) 세척은 기관을 1/2 부하 이상 운전하여 기관이 충분하게 데워진 상태에서 행합니다.

3) 흡기 매니 홀더 하부의 드레인 곡을 개방합니다. (상시 개방)

4) 블로워 케이스의 주입관과 세척 분사기의 사이를 호스로 연결하여 세척액 200 cc를 1 ~ 10초간에 주입합니다.

세척액은 분리되어 있으므로 사용 전에 잘 흔들어 혼합합니다.

5) 그다음 세척액과 같은 양의 청수를 같은 요령으로 주입합니다.

6) 흡기 매니 홀더 하부 드레인콕에서 찌꺼기가 남아있지 않나를 확인하고 코크를 잠급니다 다.

7) 세척 종료 후는 부하 상태에서 1시간 정도 운전하여 건조합니다.

8) 블로워 세척 전 후의 급기 압력과 배기 온도를 기록하여 세척효과를 확인합니다. 만약 효과가 없다면 10분 후에 상기 세척 요령으로 재실시합니다.

9) 2회 세척 후에도 효과가 없는 경우는 다른 원인이 있는가를 조사합니다. 예를 들면, 공기필터(air filter)가 막혀도 급기 압력이 저하됩니다.

10) 이 세척 방법으로는 과급기, 터보차저 전체의 소제가 되지 않습니다. 정기적인 분해 및 소제는 이것과 별개로 실시합니다.

5. 배기관(exhaust)

배기관이나 소음기의 자중이 기관에 직접 걸리므로 인양 구나 진동 방지장치를 적당 하게 설치합니다.

또한, 과급기의 흡입 필터(intake filter)에 배기관이 접근하지 않도록 주의합니다. 근접되면 열에 의하여 필터나 고무 커플링이 손상할 수가 있으므로 이경우 배기관의 래깅을 실시합니다

자동차용 터보차져 다음 자동차 터보챠져 편에서 정리하도록 하겠습니다. 

흡기&배기 장치(intake, exhaust) 

디젤 엔진의 흡배기 장치는 가솔린 엔진의 흡배기 장치와 거의 같다고 보시면 됩니다. 그런 엔진의 출력 제어를 연료의 분사량으로 하고 있는 디젤 엔진에서는 가솔린 엔진과 같은 혼합 가스의 양을 조절하는 스로틀 밸브(throttle valve)는 없습니다. 또한 일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비하여 운전조건이 엄격하고 배기량도 크므로 이것에 대응하는 에어 클리너가 설치되어 있습니다. 기타 디젤 엔진의 흡배기 장치에 대해서 특징을 설명하도록 하겠습니다. 

흡기 장치

＊공기식 거버너를 사용하는 엔진에는 스로틀 밸브를 설치하지만, 기계식의 거버너를 사용하는 엔진에는 스로틀 밸브가 설치되어 있지 않습니다. 

＊엔진 정지 기구로서 흡입 공기를 차단하는 흡기 셔터를 설치한 것이 있습니다. 

＊흡입 공기의 용적 효율을 높이기 위하여 과급기(turbo charger)를 설치한 것이 있습니다. 

＊출력이 큰 2사이클 디젤 엔진에서는 흡입 공기에 예비 압력을 주기 위해서 루츠 블로어(roots blower)를 설치합니다. 

배기장치

＊배기량, 배기 소음에 대응하는 배기 파이프 및 머플러가 필요로 합니다. 

＊스로틀 밸브를 설치하지 않은 엔진에서는 엔진 브레이크로서 배기 브레이크 장치가 장착되어 있습니다. 

에어 클리너

일반적으로 필터 엘리먼트에 여과지를 사용한 건식 에어 클리너가 사용되고 있습니다. 원심분리식 에어 클리너와 공기 중의 먼지를 적극적으로 제거하기 위하여 필터 엘리먼트 상부 엘레멘트 자체에 날개를 설치하여 이 날개에 의해 흡입 공기에 선회 운동을 주어 원심력으로 대부분의 먼지를 분리하며 또다시 여과지에 의해 여과하여 공기의 청정 효율을 높이도록 한 것입니다. 또 원심 분리된 먼지는 하부에 설치된 더스트 컵에 모이도록 되어 있습니다. 습식 에어클리너는 에어 클리너 케이스가 이중으로 되어 있으며 필터 엘리먼트로서의 메탈 울(metal wool)이 들어 있으며 하분에는 엔진 오일이 들어가 있습니다. 공기는 케이스 외부로부터 유면에 부딪쳐 방향을 바꾸어 메탈 울은 통과 하여 중앙부로부터 흡기 매니폴드로 흡입이 됩니다. 이 경우 공기 중의 무거운 먼지는 유면의 부분에서 방향을 바꿀 때 오일에 침전되며, 기타의 먼지는 메탈 울에서 제거되도록 되어 있습니다. 습식 에어 클리너는 오일이 들어 있기 때문에 장착 위치는 수평으로 되어 있어야 합니다. 

흡기 매니폴드

공기식 거버너를 사용하는 엔진의 흡기 매니폴드는 스로틀 밸브와 벤추리를 설치하고 있습니다. 스로트 ㄹ밸브는 액셀 페달과 연결하고 있으므로 액셀 페달의 밟는 정도에 따라 스로틀 밸브가 개폐되며, 이 개폐에 의해 보조 벤츄리부에 발생하는 부압이 변화하며 이 변화로 공기식 거버너가 연료 제어를 하도록 되어 있습니다. 또한 보조 벤츄리는 엔진이 역회전하는 경우 부압이 공기식 거버너의 제어실에 가해지게 되어 연료 분사량을 급속하게 감소시켜 엔진의 역전을 방지하는 역할을 하고 있습니다. 또한 진공 제어 배력 장치를 장치한 차량에서는 이것을 작동시키는 부압을 끌어내는데 보조 벤츄리 부분에 특별 부압 인출구를 장착하고 있습니다. 스로틀 밸브의 흡기 매니폴드 쪽에 흡기 셔터를 설치한 것은 흡기 셔터는 흡입하는 공기를 차단하여 엔진을 정지시키는 것으로 운전실에 설치된 정지 버튼을 당기면 흡기 셔터 밸브 축이 회전하도록 되어 있습니다. 

터보 차저(과급기 turbo charger)

대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 주입하는 것을 과급이라고 합니다. 과금하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시면 엔진의 출력을 향상할 수 있습니다. 터보차져는 일종의 송풍기이며 배기가스의 유동하는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜, 이것과 동시에 회전하는 블로어에 의해 공기를 흡입하여 이것을 가압하여 실린더로 보내도록 되어 있습니다. 즉 배기의 에너지를 흡입 에너지로 변환시켜 주는 장치입니다. 터빈과 블로어가 회전자로서 1개의 축의 양단에 장치되며 터빈 케이스, 베어링 케이스, 블로어 케이스의 안에 들어가 있습니다. 회전자인 축이 작동하고 있을 때의 회전수가 높으므로 평 베어링(plain bearing) 등으로 지지되어 있으며, 엔진의 윤활 계통과 같은 회로에 의해 강제적으로 급유되어 있습니다. 또한 터빈은 배기가스를 받으면서 회전하므로 고열에 충분히 견디도록 내열 합금강이 사용되고 있으며 블로어는 경합금 제로 제작되고 있습니다. 엔진의 배기가스는 터빈 케이스로 들어가 터빈을 회전시킴과 동시에 블로어도 구동합니다. 블로어는 에어 클리터에서의 공기를 압축하여 실린더로 보내어집니다. 이때에 배기가스의 양이 증가하면, 터빈의 회전수도 높아지며, 동시에 블로어의 회전수가 높아져서 더욱 많은 공기를 실린더로 공급하게 됩니다. 이와 같이 하여 공기를 과급하여 엔진의 출력을 효과적으로 증가시킬 수가 있습니다.