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. 

가솔린 엔진과 디젤엔진의 비교 

가솔린 엔진에 비하여 압축비가 높기 때문에 유효한 일에 사용되는 열량의 비율이 높으며 열효율이 좋습니다.. 따라서 연료소비량이 적고, 그밖에 연료의 가격도 싸기 때문에 운전 경비가 적게 듭니다. 디젤 연료는 가솔린보다 인화점이 높은 경유를 사용하므로 취급의 위험이 적습니다.

가솔린 엔진이 전기불꽃에 의한 점화방식인 것에 비해서 디젤 엔진은 공기의 압축열에 의해 연료를 착화시키고 있습니다. 내연기관의 이론 사이클에서는 가솔린 엔진의 정용 사이클인데 비하여 디젤엔진은 적용기관과 정압 기관을 합쳐놓은 복합 사이클로 되어 있습니다. 이것은 착화 온도에 도달한 연료가 일시적으로 연소하는 기간과 연이어 노즐에서 분사된 연료가 연소하는 기간이 있기 때문입니다. 압축열이 충분히 발생하도록 압축비를 크게 하여야 하며 폭발 압력도 큽니다. 따라서 전체적으로 튼튼하게 만들어져 있기 때문에 마력당 중량이 크고, 또 가공 정밀도가 높은 연료 분사 장치가 추가되므로 제작비가 비싸지는 이유입니다. 피스톤 등 운동 부분의 중량이 크기 때문에 최고 회전수가 낮으며, 실린더 용적당 마력도 작아지지만, 회전수의 변동에 대한 토크의 변동은 적습니다. 즉 힘이 좋다고 생각 하시면 됩니다. 

디젤 엔진의 추세 

 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 비교해서 연료소비율이 적고, 사용연료의 가격도 싸므로 경제적이며 또한 가솔린 엔진에서 나타나는 노킹 문제도 없으므로 배기량을 크게 하여 대량의 연료를 공급하면 출력이 큰 엔진을 만들 수 있습니다. 따라서 트럭이나 버스 선박 등 대형 차용의 엔진으로써는 가장 적합합니다. 배기가스의 유동 에너지를 이용하여 터빈을 구동하면 흡입하는 공기를 가압하여 공급할 수 있으며 출력을 용이하게 증대시킬 수 있습니다. 딸라서 트럭, 버스, 선박 등에서 특히 고속도를 요구하는 경우에는 배기 터보 과급기가 사용되는 경우가 많습니다. 

압축열이란 무엇일까요?

 공기를 고 압축하면 왜 온도가 높아지는 것일까요? 압축열이 발생하기까지의 과정을 생각해 보도록 하겠습니다. 실린더 내에 흡입된 많은 공기 분자의 작용은 압축 전데는 실린더 내의 공간을 천천히 날아다니지만, 압축되기 시작하면 공기 분자는 서로 충돌하거나 또는 간섭하여 분자의 날아다니는 속도가 가속됩니다. 또한 압축 상사점의 시기에 이르면 공기 분자가 날아다는 공간은 매우 작아져서 실린더 내벽에도 충돌하는 횟수가 증가하고 또 피스톤의 움직임도 공기 분자를 향해서 가게 되므로 실린더 내의 공기 분자의 속도는 점차적 가속화됩니다. 공기 분자의 속도가 가속되는 것은 외부로부터 에너지를 받은 것에 의한 것으로 이 결과로 공기의 온도가 높아집니다. 이와 같이 압축열은 흡입된 공기 분자 서로 간에 의해 발생하는 것이기 때문에 공기의 흡입량과 압축비와 비례하여 높아지는 것입니다. 그럼 연소까지의 과정을 알아보면 분사된 연료는 액체 상태로 고온에 노출되어 가열됨으로써 기화하고 이어서 공기와 혼합하여 혼합 가스가 되며, 적절한 혼합비가 되어 발화 연소합니다. 디젤 엔진에 있어서는 고온의 공기 중으로 연료를 안개 모양으로 불어넣기 때문에 당연히 연소실 내에서 기화 공기와 혼합 발화의 순서를 따르게 됩니다. 따라서 분사되는 연료의 분사 상태, 및 연료와 공기의 혼합 상태가 연소의 양부를 좌우하게 됩니다. 가솔린 엔진에서는 연료의 기화, 혼합은 기화기가 하며 흡입된 것은 거의 균일한 혼합 가스로 되어 있지만, 디젤 엔진에서는 연소실 내에서의 연료와 공기의 혼합을 좋게 하기 위하여 연소실의 형상이 여러 가지 연구되어 직접분사식, 예 연소실식, 와류실식 등 각종 연소실이 사용되고 있습니다.