KR100365819B1 - 회전기계용베어링윤활장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 회전기계용 베어링 윤활장치는 구름베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 회전샤프트와, 픽업부재에 의해 픽업된 윤활오일을 수령하는 오일수령부를 구비한다. 흡입노즐에 의해 오일수령부내의 오일이 흡입되어 제 1통로를 통해 회전샤프트의 내부로 보내진다. 그 후, 제 2통로를 통해 오일이 베어링내로 역류한다. 오일공급노즐이 회전샤프트내에 형성되어 회전샤프트가 회전할 때 오일이 오일공급노즐의 펌핑작용에 의해 베어링에 공급된다.

Description

회전기계용 베어링 윤활장치
본 발명은 회전샤프트가 케이싱내에서 베어링을 거쳐 회전 가능하게 지지되고, 베어링이 수용되는 베어링챔버 하부에 오일저장기가 배치되며, 회전샤프트의 일단부상에 장착되고 오일저장기내의 윤활오일내에 첨지된 오일픽업(oil pick-up) 부재에 의해 픽업된 윤활오일이 베어링에 공급되는 회전기계용 베어링 윤활장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 회전기계의 베어링에 윤환오일을 공급하는 다양한 기술들이 이미 공지되어 있다. 예를 들어, 오일디스크 또는 오일기어에 의해 윤활오일이픽업되고, 오일이 베어링으로 공급되는 동안 픽업된 오일이 케이싱의 내부표면을 따라 하측으로 흐르는 기술, 또는 JP-A-58-l93997호(특허공개공보 제 83-l93997호)에 개시된 바와 같이 펌프를 이용하여 확실한 제트윤활이 수행되는 기술이 공지되어 있다. 그러나, 전자의 기술은 회전부재의 회전속도가 상대적으로 느리고, 소량의 윤활오일을 제공하는 적용에 국한되고, 한편 후자의 기술은 필연적으로 구조를 복잡하게 만들고 규모를 크게 만든다.
상기한 단점들을 해소하기 위해서, 본 출원은 JP-A-5-34037l호(특허공개공보 제 93-34037l호)에 개시된 바와 같이 회전샤프트의 회전력의 도움에 의해 적절한 양의 윤활오일이 베어링에 쉽게 제공될 수 있는 기술을 제안한다.
본 발명을 정확하게 이해하기 위해, 상기의 JP-A-5-34037l호에 제안된 기술이 제 5도에 나타내져 있다. 제 5도에 있어서, 회전자 샤프트(rotor shaft; 42)가 케이싱(44)내에서 구름베어링(35)을 거쳐 회전 가능하게 지지되고, 구름베어링(35)이 수용되는 베어링챔버 하부에 오일저장기(46)가 배치되며, 회전자샤프트(42)의 일단부상에 장착되고 윤활오일내에 침지된 오일디스크(34)에 의해 윤활오일이 픽업된다.
케이싱(44)의 일단부에 부착된 커버(41)의 내부표면에, 오일디스크(34)에 의해 픽업되어 내부표면을 따라 하부로 흐르는 윤활오일을 수집하는 안내요홈부(G)가 설치되고, 이 안내요홈부(G)의 일측에 안내판(32)이 배치된다. 수집된 윤활오일을 흡입하는 흡입노즐(33)이 안내요홈부(G)내로 돌출한다. 흡입노즐(33)에 의해 흡입된 윤활오일을 안내하는 윤활통로(37)가 회전자샤프트(42)내에 형성된다. 윤활통로(37)와 연통된 오일공급노즐(38)은 회전자샤프트(42)가 회전할때 펌핑작용을 수행하는 역할을 한다.
회전자샤프트(42)가 회전되면, 오일공급노즐(38)과 관련된 원심력에 의해 발생된 펌핑작용에 의해 흡입노즐(33)을 통해 안내요홈부(G)로부터 흡입된 윤활오일이 윤활통로(37)를 통해 구름베어링(35)으로 공급된다. 이러한 방식으로 회전자샤프트(42)내에 형성된 윤활통로(37)를 통해 윤활오일을 통과시킴으로써, 회전자샤프트(42)가 냉각된다. 회전자샤프트(42)의 회전속도와 흡입노즐(33) 및 오일공급노즐 (38)의 직경에 의해 윤활오일의 공급량이 결정되기 때문에, 노즐의 직경을 변화시킴으로써 윤활오일의 최적의 공급량이 얻어질 수 있다. 즉, 제 5도에 있어서, 커버(41)내에 형성된 재킷(jacket; 43)을 제공함으로써, 오일저장기(46)내의 윤활 오일 및 내부표면을 따라 하측으로 흐르는 윤활오일이 쉽게 냉각될 수 있다. 오일디스크(34)의 일단부상에 굽힘부가 형성되면, 충분한 양의 오일이 픽업될 수 있다. 참조번호 39는 진공펌프의 배출포트를 지칭하고, 참조번호 40은 회전자샤프트(42)의 일단부상에 장착된 타이밍기어를 지칭하며, 참조번호 45는 케이싱내에 형성된 냉각재킷을 지칭하고, 참조번호 46은 샤프트시일(shaft sea1)을 지칭한다.
상기한 기술 자체는 효과적이지만, 윤활통로(37)의 내측에서의 오일흐름이 약하기 때문에, 베어링이 충분히 냉각되지 않아 샤프트가 고온으로 가열되는 적용분야에는 이 기술이 채택될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 회전자샤프트 및 베어링이 확실히 냉각될 수 있고, 적절한 양의 윤활오일이 베어링에 공급될 수 있으며, 베어링이 내부레이스(race)와 외부 레이스 사이의 온도차가 최소화될 수 있는 회전기계용 베어링 윤활장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 회전샤프트가 베어링을 거쳐 케이싱내에서 회전 가능하게 지지되고, 베어링이 수용되는 베어링챔버 하부에 오일저장기가 배치되며, 회전샤프트의 일단부상에 장착되고 오일저장기내의 윤활오일내에 부분침지된 오일픽업부재에 의해 픽업된 윤활오일이 베어링에 공급되는 회전기계용 베어링 윤활장치가 제공된다. 이 베어링 윤활장치는 회전샤프트의 일단부 부근의 케이싱의 내부표면내에 또는 내부표면상에 형성되어 오일픽업부재에 의해 픽업된 윤활오일을 수령하는 오일수령부와, 이 오일수령부내에 수령된 윤활오일을 흡입하는 흡입노즐과, 이 흡입노즐에 의해 흡입된 윤활오일을 회전샤프트의 내부를 통해 흡입측에 대향된 회전샤프트의 내측으로 향하게 하는 제 1통로와, 이 제 1통로로부터 흡입측으로 윤활오일을 향하게 하여 윤활오일을 베어링에 공급하는 제 2통로, 및 회전샤프트가 회전될 때 윤활오일을 베어링에 공급하도록 펌핑작용을 수행하는 적어도 하나의 오일공급노즐을 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 제 1통로가 회전샤프트와 실질적으로 동축인 원형단면을 구비하고, 제 2통로가 제 1통로 주위에 배치된 링형상의 단면을 구비하며, 이들 제 1통로 및 제 2통가 제 1통로의 상기 흡입측에 대향된 회전샤프트의 축방향으로 베어링으로부터 이격된 부분에서 연결된다.
제 1통로가 윤활오일을 제 1통로로부터 제 2통로로 반경방향으로 향하게 하는 홀(hole)을 통해 제 2통로와 연통되고, 오일공급노즐이 회전샤프트의 축방향으로 홀로부터 이격된 부분에서 제 2통로와 연통된다.
제 1통로가 회전샤프트내에 형성된 중앙보어내로 연장부가 연장되는 클로저부재(closer member)내에 형성되고, 이 클로저부재는 회전샤프트에 고정된 일단부를 구비하며, 상기 단부의 일부가 오일수령부로 연장하는 흡입노즐내에 형성되고, 제 2통로가 클로저부재의 연장부의 외표면과 중앙보어의 내부 원통형 표면 사이의 공간에 의해 형성되며, 오일공급노즐이 제 2통로와 베어링 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 베어링장치에 있어서, 중앙보어의 내부 원통형 표면상에 나사산이 형성되고, 나사산의 일부에 의해 클로저부재의 단부가 중앙보어에 고정된다.
회전샤프트의 외주 주변에 슬리브가 배치되고, 이 슬리브의 내주와 회전샤프트의 외주 사이에 제 2통로가 형성된다. 이 경우에, 제 l통로와 제 2통로 사이에 오일공급노즐이 형성된다.
본 발명을 실행하는데 있어서, 오일픽업부재는 오일디스크 또는 오일기어로 구성될 수 있다. 오일수령부는 측면 및 바닥이 케이싱과 케이싱의 일부에 고정된 판부재에 의해 형성되는 공간에 의해 구성될 수 있다. 또, 제 1통로는 회전샤프트 내에 형성된 축방향보어를 통해 연장되는 파이프부재로부터 형성되는 것이 바람직하고, 제 2통로는 스크류에 의해 폐쇄되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2통로는 회전사프트의 외주상에 배치된 슬리브로부터 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성에 의해, 회전샤프트가 회전되면 오일픽업부재에 의해 픽업된 윤활오일이 오일수령부내에 수렁되면서 케이싱의 내부표면을 따라 흐른다.오일수령부내에 수령된 윤활오일이 흡입노즐에 의해 흡입된 후에, 제 1통로를 통해 회전샤프트의 내측으로 보내지고, 이에 의해 고온으로 되기 쉬운 내측면을 냉각시킨다. 그 후에, 오일이 제 2통로로 복귀되어 오일공급노즐들을 통해 회전샤프트의 일단부상에 배치된 베어링으로 공급된다.
따라서, 이 윤활오일에 의해 고온으로 되기 쉬운 회전샤프트의 내측이 냉각될 수 있기 때문에, 회전샤프트 자체가 효과적으로 냉각될 수 있고, 그 결과 회전샤프트로부터 베어링으로 전달된 열의 양이 최소화되어 베어링의 온도를 감소시키고, 이에 의해 베어링의 손상을 방지하고 베어링의 수명을 연장시킨다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
제 l도는 본 발명에 따른 회전기계용 베어링윤활구조가 스크류형의 진공펌프에 적용될 때의 베어링구조를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 회전샤프트 (12)가 구름베어링(5)을 거쳐 제 1하우징(14)내에서 회전 가능하게 지지된다. 제 2하우징(17)이 제1하우징(14)에 인접하게 배치되고 제 2하우징(17)이 오일저장챔버 (18)를 형성한다. 이후에 설명될 오일수령부(1)를 구비하는 제 3하우징(11)이 제 2하우징(17)에 인접하게 배치되어 커버를 형성한다. 이 명세서내에서, 이들 하우징들은 일반적으로 "케이싱"으로 언급된다.
오일저장기(16)는 제 2케이싱(17)내에서 그 하부에 형성되고, 타이밍기어(10)와 오일픽업부재를 형성하는 오일디스크(4)가 회전샤프트(12)의 일단에 부착된다. 오일수령부(1)가 회전샤프트(12)의 중심과 정렬되어 제 3케이싱(11)의 내벽에 형성된다. 중심보어(20)가 회전샤프트(20)의 일단부내에 형성되고, 제 l중앙통로를 구비하는 클로저부재(21)가 보어(20)내로 삽입되고, 예를들어, 나사산부(23)를 거쳐 회전샤프트(12)에 고정된다. 흡입노즐(3)이 클로저부재 (21)의 일단부내에 형성되고, 오일수령부(1)내의 오일을 유지하는 안내판(2)이 클로저부재의 일단부에 부착된다. 흡입노즐(3)은 오일수령부(1)내로 돌출한다.
클로저부재(21)는 중앙보어(20)의 바닥 근처까지 연장된 연장부(2la)를 구비하고, 중앙보어(20)와 연장부(2la) 사이에 제 2통로(24)가 형성된다. 회전사프트(12)를 통해 반경방향으로 연장되는 복수의 오일공급노즐(8)이 제 2통로(24)와 연통되어, 회전샤프트(12)가 회전할때 펌핑작용에 의해 제 2통로(24)내의 액체가 노즐을 통해 구름베어링(5)에 공급된다. 그 결과, 오일수령부(1)내의 윤활오일이 흡입노즐(3)을 통해 흡입된다.
구름베어링(5)을 윤활시키는 오일이 배출통로(25)를 통해 오일저장기(16)로 복귀된다. 샤프트단부 부근의 베어링부를 윤활시킨 오일은 오일저장기(16)로 직접적으로 복귀된다. 제 1도에 있어서, 참조번호 9는 진공펌프의 배출부를 지칭하고, 참조번호 13과 15는 냉각재킷을 지칭한다.
따라서, 흡입노즐(3)로부터 흡입된 윤활오일이 제 1통로(22)를 통해 회전샤프트(12)의 내부를 향한 후에, 오일이 오일공급노즐을 통해 베어링내로 흐르는 제 2통로(24)내로 역방향으로 흘러 베어링을 윤활시킨다. 이에 의해, 회전샤프트의 내부가 효과적으로 냉각될 수 있다. 즉, 회전샤프트(12)의 회전속도와 오일공급노즐 (8) 및 흡입노즐(3)의 직경에 의해 윤활오일의 공급량이 결정되기 때문에, 노즐의 직경을 변화시킴으로써 윤환오일의 최적의 공급량이 얻어질 수 있다. 냉각효율을증가시키기 위해서는, 중앙보어(20)와 연장부(2la)가 구름베어링(5)을 넘어 회전샤프트의 내측을 향해 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 냉각재킷(13)을 제공함으로써, 오일저장기(16)내의 윤활오일 및 내부표면을 따라 하측으로 흐르는 윤활오일이 쉽게 냉각될수 있다.
제 2도는 연장부(2la)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 나타낸 실시예에 있어서, 연장부의 단부(21c)는 폐쇄되고, 단부 근처의 연장부의 벽내에 홀(21b)이 형성된다. 홀(21b)은 제 1통로(22)로부터 제 2통로(34)로 윤활오일을 반경방향으로 향하게 한다.
제 3도는 중앙보어(20)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 나타낸 실시예에 있어서, 표면엮역을 증가시키도록 중앙보어의 내벽상에 나사산이 형성되어, 냉각효율을 향상시킨다.
제 4도는 회전샤프트(12) 주위에 제 2통로(24a)가 형성되는 실시예를 나타낸다. 이 실시예에 있어서, 중앙보어(30)의 바닥부근의 회전샤프트의 벽내에 복수의 오일공급노즐(8)이 형성되고, 회전샤프트(12)의 외주 주위에 슬리브(30)가 배치되어, 회전샤프트(12)의 외주와 슬리브(30)의 내주 사이에 제 2통로(24a)가 형성된다. 슬리브(30)로부터 구름베어링(5)으로 윤활오일을 보내도록 슬리브(30)내에 통로(31)가 형성된다. 이 실시예에 의해 얻어지는 장점은 제 1도의 실시예에 의해 얻어지는 장점과 거의 동일하다. 또한, 제 1도에 나타낸 바와 같이 제 3케이싱내에 오일수령부(1)가 형성되지만, 예를 들어, L형상의 안내판이 제 3케이싱의 내부표면에 부착되어, L형상의 안내판과 제 3케이싱의 내부표면 사이에 오일수령부를 형성할 필요는 없다. 이러한 경우에는, 안내판내에 흡입노즐을 통과시키는 홀이 형성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다음과 같은 훌륭한 장점들을 제공한다:
(1) 흡입측을 향해 오일을 흐르게 하는 제 2통로를 설치함으로써, 회전샤프트의 내부가 확실히 냉각될 수 있다.
(2) 오일공급노즐과 통로들의 조합을 이용함으로써, 제 1통로와 제 2통로가 긴 경우에도, 충분한 양의 오일이 공급될 수 있다.
(3) 본 발명은 특히 회전샤프트가 고온으로 가열되기 쉬운 진공펌프, 건조압축기등에 적용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 상세히 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 설명과 도면들에 국한되지 않고, 첨부된 특허청구범위에서 정의된 본 발명의 기술사상과 범위내에서 당업자에 의해 변경 및 변형될 수 있다. 예를 들어, 오일픽업부재가 오일디스크 또는 오일기어로 구성될 수도 있고, 오일수행부가 케이싱및 케이싱의 일부에 고정된 판부재에 의해 측면 및 저부가 형성되는 공간으로 구성될 수도 있다.
제 1도는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 측단면도,
제 2도는 연장부의 다른 실시예를 나타내는 측단면도,
제 3도는 중앙보어의 다른 실시예를 나타내는 측단면도,
제 4도는 제 1통로 및 제 2통로의 다른 실시예를 나타내는 측단면도, 및
제 5도는 본 출원과 동일한 출원인에 의해 이전에 제안된 베어링 윤활장치의 측단면도이다.

Claims (5)

  1. 케이싱(14)내에서 베어링(5)을 거쳐 회전 가능하게 지지된 회전사프트(12).
    상기 베어링이 배치되는 베어링챔버(18) 하부에 배치된 오일저장기(16);
    상기 회전샤프트(12)의 일단부상에 장착되고 상기 오일저장기(16)내의 윤활오일내로 부분침지되어 상기 베어링(5)에 공급될 윤활오일을 픽업하는 오일픽업부재(4);
    상기 회전샤프트(12)의 상기 단부 부근의 상기 케이싱의 내부표면에 형성되어 상기 오일픽업부재(4)에 의해 픽업된 상기 윤활오일을 수령하는 오일수령부(1);
    상기 오일수령부(1)내에 수령된 상기 윤활오일을 흡입하는 흡입노즐(3); 및
    상기 회전샤프트가 회전되면 펌핑작용을 수행하여 상기 윤활오일을 상기 베어링으로 공급하도록 구성된 하나 이상의 오일공급노즐(8)을 포함하여 이루어지는 회전기계용 베어링 윤활장치에 있어서,
    상기 흡입노즐(3)에 의해 흡입된 상기 윤활오일을 상기 회전샤프트(12)의 내부를 통해 흡입측에 대향된 상기 회전샤프트(12)의 내측으로 향하게 하는 제 l통로(22)와; 상기 윤활오일을 상기 제 1통로(22)로부터 상기 흡입측으로 향하게 하고 상기 윤활오일을 상기 베어링(5)에 공급하는 제 2통로(24)를 구비하며,
    슬리브(30)가 상기 회전샤프트(12)의 외주 주위에 배치되며, 상기 제 2통로(24)가 상기 회전샤프트의 상기 외주와 상기 슬리브의 내주 사이에 형성되며, 상기 오일공급노즐(8)이 상기 제 1통로(22)와 상기 제 2통로의(24) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 회전기계용 베어링 윤활장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1통로(22)는 상기 회전샤프트(12)와 실질적으로 동축인 원형단면을 구비하고, 상기 제 2통로(24)는 상기 제 1통로(22) 주위에 배치된 링형상의 단면을 구비하며, 상기 제 1통로의 상기 흡입측에 대향하는 상기 회전샤프트의 축방향으로 상기 베어링으로부터 이격된 부분에서 상기 제 1통로 및 제 2통로가 연결되는 것을 특징으로 하는 회전기계용 베어링 윤활장치.
  3. 제 l항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1통로(22)는 상기 윤활오일을 상기 제 1통로로부터 상기 제 2통로내로 반경방향으로 향하게 하는 홀을 통해 상기 제 2통로(24)와 연통되고,
    상기 오일공급노즐은 상기 회전샤프트의 축방향으로 상기 홀로부터 축방향으로 이격된 부분에서 상기 제 2통로와 연통되는 것을 특징으로 하는 회전기계용 베어링 윤활장지.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2통로(24)의 표면상에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 기계용 베어링 윤활장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2통로(24)의 표면상에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 기계용 베어링 윤활장치.
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