KR100360231B1 - 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조에 관한 것으로, 본 발명에 의한 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조는 통형의 포일 하우징의 내주면에 다수개의 포일 장착홈을 등간격으로 형성하고, 그 각각의 포일 장착홈에는 굽힘력으로 축을 탄성 지지하는 포일 세그먼트를 삽입시키되 그 포일 세그먼트의 배면에는 각 포일 세그먼트와 함께 굽혀지는 연성부재를 탄성력 발생선인 콘택트라인(contact line)을 경계로 지지측에만 코팅하여 상기한 포일 세그먼트 사이의 공극을 차단함으로써, 각 포일 세그먼트 사이의 공극으로 가스가 누설되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조{AXIAL GAS SEALING STRUCTURE FOR FOIL BEARING}

본 발명은 포일 베어링에 관한 것으로, 특히 각 포일편 사이로 압축가스가 누설되는 것을 방지하는데 적합한 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 회전하고 있거나 또는 왕복운동을 하고 있는 축을 지지하여 그 축에 작용하는 하중을 받는 역할을 하는 것으로, 상기 베어링이 축과 접촉되는 형태에 따라 미끄럼 베어링 및 구름 베어링으로 대별되며, 하중의 방향에 따라서는 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링으로 구분된다.

상기 미끄럼 베어링은 축과 베어링의 접촉이 미끄럼 마찰인데 비하여 구름 베어링은 회전체의 구름마찰이므로 마찰손실은 구름 베어링쪽이 훨씬 작다. 그러므로 상기 미끄럼 베어링에서는 축과 베어링 사이에 적당한 틈새를 주어 여기에 가스와 같은 윤활제를 공급하여 금속과 금속이 직접 닿지 않고 유체마찰로 축을 지지하도록 하고 있는 실정이나, 이러한 가스 베어링은 특히 축을 레이디얼 방향으로 지지하는 경우에 있어서 그 축과 베어링과의 틈새가 미세하여 축과 베어링이 부딪힐 우려가 있었다. 이에 축과 베어링과의 허용공극이 큰 포일 베어링(Foiling Bearing)이나 틸팅 베어링(Tilting Bearing)이 제안되고 있다.

도 1은 종래 포일 베어링 중에서 굽힘형(Spirall Type) 포일 베어링의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 굽힘형 포일 베어링(이하, 포일 베어링으로 통칭함)은 원통형으로 된 포일 하우징(Foil Housing)(1)의 내주면에 다수개의 포일 장착홈(1a)이 등간격으로 형성되고, 그 포일 하우징(1)의 각 포일 장착홈(1a)에는 굽힘력으로 축(3)을 지지하는 포일 세그먼트(Foil Segment)(2)가 낱개로 삽입되어 이루어진다.

상기 포일 세그먼트(2)는 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 전체가 동일한 두께로 성형되는 것으로, 그 양단중에서 포일 하우징(1)의 포일 장착홈(1a)에 끼워지는 삽입단(2a)은 상기한 포일 장착홈(1a)에 걸려 탄성력을 갖도록 수회 절곡 형성되고, 그 타단인 지지단(2b)은 부하면(이하, 축이 접촉되는 면을 부하면이라 하고, 그 이면을 탄성면이라고 함)쪽으로 만곡지게 형성되어 이루어진다.

도면중 미설명 부호인 C는 베어링 공극이다.

상기와 같이 구성된 종래 포일 베어링은 다음과 같이 조립되어 동작된다.

즉, 상기 포일 하우징(1)의 내주면에 구비된 각각의 포일 장착홈(1a)에 포일 세그먼트(2)를 하나씩 동일 방향으로 삽입 장착시켜 그 포일 세그먼트(2)의 부하면들로 이루어지는 공간에 축(3)을 밀착되도록 삽입 지지시킨다.

이때, 상기 축(3)이 고속으로 회전을 하다가 여러 요인에 의해 횡방향으로 요동을 하게 되면, 그 축(3)의 요동방향에 접촉되어 있던 하나 또는 그 이상의 포일 세그먼트(2)가 휘청하면서 축(3)의 요동을 탄력적으로 완충시켜 본래의 허용회전반경을 유지하도록 지지하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 포일 베어링은 축방향으로의 가스누설이 큰 문제점으로 지적되고 있는 실정이다. 예를 들어 도 3에서와 같이 종래의 포일 베어링이 터보 압축기에 장착되는 경우에는 그 포일 베어링의 포일 하우징(1)과 축(3) 사이의 반경방향 공극(C)이 비교적 크게 되어 압축실과 모터실을 실링하는 실링부재(4) 역시 축(3)과의 공극(C)을 크게 형성할 수 밖에 없고, 이로 인해 상대적으로 고압인 압축실에서 저압의 모터실로 누설되는 압축가스가 포일 베어링의 각 포일 세그먼트(2) 사이를 통해 쉽게 모터실로 유입되어 결국 압축기의 효율을 저하시키게 되는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 포일 베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 축이 삽입 지지되는 각 포일 세그먼트의 사이로 가스가 누설되는 것을 방지할 수 있는 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 포일 베어링을 보인 종단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 포일 베어링의 포일 세그먼트를 보인 사시도 및 종단면도.

도 3은 종래 포일 베어링이 장착된 터보 압축기의 반단면도.

도 4는 본 발명 포일 베어링의 일례를 보인 종단면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 포일 베어링의 포일편에 대한 일례를 보인 사시도 및 종단면도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 포일 베어링의 포일편에 대한 변형예를 보인 사시도 및 종단면도.

** 도면의 부호에 대한 상세한 설명 **

1 : 포일 하우징 1a : 포일 장착홈

10 : 포일 세그먼트 10a : 탄성면

10b : 부압면 20,20' : 연성부재

C : 베어링 공극

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 통형으로 된 포일 하우징의 내주면에 다수개의 포일 장착홈이 형성되고, 그 포일 하우징의 각 포일 장착홈에 굽힘력으로 축을 지지하는 포일 세그먼트가 삽입되며, 그 포일 세그먼트의 배면에 소정의 두께를 갖는 연성부재가 탄성력 발생선인 콘택트라인(contact line)을 경계로 지지측에만 코팅되어 각 포일 세그먼트 사이의 틈새를 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 포일 베어링의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 포일 베어링의 포일편을 보인 사시도 및 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 축방향 가스누설 방지구조가 구비된 포일 베어링은 원통형으로 된 포일 하우징(1)의 내주면에 다수개의 포일 장착홈(1a)이 등간격으로 형성되고, 그 포일 하우징(1)의 각 포일 장착홈(1a)에는 굽힘력으로 축(3)을 지지하는 포일 세그먼트(10)가 낱개로 각각 삽입되며, 그 각각의 포일 세그먼트(10)의 배면인 탄성면(10a)에는 각 포일 세그먼트(10) 사이의 공극을 최소한으로 줄여주기 위한 연성부재(20)가 코팅되어 이루어진다.

상기 포일 세그먼트(10)는 전체가 동일한 두께로 성형되되, 그 배면인 탄성면(10a)에는 전술한 연성부재(20,20')가 도 5a 및 도 5b에서와 같이 탄성면(10a) 전체에 고르게 코팅되거나 또는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 탄성면(10a) 일부에만 고르게 코팅되어 이루어진다.여기서, 도 6a 및 도 6b에서와 같이 연성부재를 탄성면의 일부에만 코팅하는 경우에는 탄성력 발생선인 콘택트라인(contact line)을 경계로 그 콘택트라인의 안쪽인 지지측에만 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 10b는 부압면, C는 베어링 공극이다.

상기와 같은 본 발명의 포일 베어링은 포일 하우징(1)의 내주면에 구비된 각각의 포일 장착홈(1a)에 포일 세그먼트(10)를 하나씩 동일 방향으로 삽입 장착시키고, 그 포일 세그먼트(10)의 부하면(10b)들로 이루어지는 공간에 축을 밀착되도록 삽입 지지시켜 조립을 완성한다.

이후, 상기 축(3)이 고속으로 회전을 하는 과정에서 그 축(3)이 여러 요인에의해 횡방향으로 요동을 하게 되더라도 축(3)의 요동방향에 접촉되어 있던 하나 또는 그 이상의 포일 세그먼트(10)가 휘청하면서 요동을 탄력적으로 완충시켜 본래의 허용회전반경을 유지하도록 지지하게 된다.

이때, 상기 포일 세그먼트(10)의 탄성면(10a)과 그 포일 세그먼트(10)에 이웃하는 다른 포일 세그먼트(10)의 부하면(10b) 사이에는 소정의 공극(C)이 발생되나, 이 공극(C)은 상기 포일 세그먼트(10)의 탄성면(10a)에 코팅된 연성부재(20)의 두께에 의해 차단되어 가스의 축방향 누설이 방지되는 것이다.

한편, 상기 연성부재(20)가 탄성면(10a) 전체에 고르게 코팅되는 경우에는 각 포일 세그먼트(20)의 탄성면(10a)이 이웃하는 포일 세그먼트(10)의 부하면(10b)에 마찰접촉되더라도 상기한 연성부재(20)가 탄성면(10a)과 부하면(10b) 사이에서 윤활역할을 하게 되는 장점이 있고, 반면 상기 연성부재(20)가 탄성면(10a) 일부에 코팅되는 경우에는 그 연성부재(20)의 두께만큼 각 포일 세그먼트(10)가 보다 촘촘하게 장착될 수 있고 각 세그먼트(10)가 탄력적으로 휘어지면서 베어링역할을 원활하게 수행할 수 있어 각 포일 세그먼트(10) 사이의 공극을 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조는, 통형의 포일 하우징의 내주면에 다수개의 포일 장착홈을 등간격으로 형성하고, 그 각각의 포일 장착홈에는 굽힘력으로 축을 탄성 지지하는 포일 세그먼트를 삽입시키되 그 포일 세그먼트의 배면에는 각 포일 세그먼트와 함께 굽혀지는 연성부재를 코팅하여 상기한 포일 세그먼트 사이의 공극을 차단함으로써, 각 포일 세그먼트 사이의 공극으로 가스가 누설되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 통형으로 된 포일 하우징의 내주면에 다수개의 포일 장착홈이 형성되고, 그 포일 하우징의 각 포일 장착홈에 굽힘력으로 축을 지지하는 포일 세그먼트가 삽입되며, 그 포일 세그먼트의 배면에 소정의 두께를 갖는 연성부재가 탄성력 발생선인 콘택트라인(contact line)을 경계로 지지측에만 코팅되어 각 포일 세그먼트 사이의 틈새를 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 포일 베어링의 축방향 가스누설 방지구조.