KR100643692B1 - 에어 포일 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로, 주 에어 포일로부터 베이스 플레이트방향으로 연장형성되는 보조포일을 포함한다. 이러한 보조포일의 마찰부를 통해 베이스 플레이트와 보조 포일과의 마찰에 의한 감쇄작용을 유도하고, 보조포일의 중첩부가 주 에어 포일과 보조 포일이 서로 겹쳐지면서 강성이 보강되어 하중지지능력이 향상되며, 화학적 환경에 영향을 받지 않고 베어링의 수명이 연장되는 효과가 있다.

Description

에어 포일 베어링{Air foil bearing}

도 1은 본 발명에 따른 에어 포일 베어링의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 2는 에어 포일이 가압된 상태를 나타낸 측면도이다.

도 3은 보조 포일에 의한 감쇄동작을 나타낸 측면도이다.

도 4는 종래의 에어 포일 베어링의 구조를 나타낸 측면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 에어 포일 베어링, 21 : 베이스 플레이트,

22 : 트러스트 플레이트, 23 : 주 에어 포일,

23a : 경사부, 23b : 곡선부,

24 : 보조 포일, 24a : 중첩부,

24b : 마찰부

본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주 에어 포일의 끝단으로부터 베이스 플레이트방향으로 연장형성된 보조 포일을 구비하는 에어 포일 베어링에 관한 것이다.

기존의 볼 베어링이나 저널 베어링은 소정의 점도를 갖는 윤활유에 의해 생성되는 유막으로 축을 지지하는 방식인다.

그러나, 터보 압축기, 터보 쿨러, 터보 발전기와 같이 고속의 회전체를 포함하고 있는 경우 이를 지지하기 위한 베어링은 기존의 볼 베어링과 같이 유막을 이용하는 것이 부적당하기 때문에 새로운 윤활방식이 요구되는데, 이러한 고속 회전체에는 새로운 윤활방식으로 공기막을 이용하는 에어 포일 베어링이 사용되기도 한다.

에어 포일 베어링은 압축공기를 에어 포일과 축 사이에 분사시킴으로써 생성되는 공기의 막을 이용하여 축을 지지하는 방식이다.

일반적으로, 가스 터빈에서는 공기를 압축시키기 위한 터보 압축기가 구비되므로, 가스터빈에서는 터보 압축기에서 압축된 공기 중 일부를 에어 포일 베어링에 공급하여 터보 압축기의 임펠러 축이나 가스 터빈의 회전축을 회전가능하게 지지할 수 있다.

도 4는 종래의 에어 포일 베어링의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(11)에 다수의 에어 포일(13)이 일단이 상기 베이스 플레이트(11)에 고정된 상태에서 서로 일부분이 중첩되도록 배열된다.

이러한 에어 포일 베어링(10)은 초기상태에서 에어 포일(13)이 트러스트 플레이트(12)에 접촉된 상태이나, 상기 트러스트 플레이트(12)가 회전함에 따라 에어 포일(13)과 트러스트 플레이트(12) 사이로 유입되는 고압의 공기로 인하여 탄성력을 가진 에어 포일(13)이 트러스트 플레이트(12)로부터 멀어지도록 변형되며, 이에 따라 정상속도에서는 트러스트 플레이트(12)가 에어 포일(13)로부터 부상한 상태에서 회전하게 된다.

이때 외부진동이 가해지면, 이를 감쇄함은 에어 포일(13)의 형상과 각 에어 포일(13)간에 마찰정도에 지배되는 것으로, 에어 포일(13)이 충분한 강성을 갖지 못하면 에어 포일(13)은 상기 베이스 플레이트(12)에 접촉할 때까지 탄성변형될 수 있고, 이는 하중을 지지하는 능력과 충격감쇄능력이 떨어진다는 것을 의미한다.

이러한 하중지지 능력 및 충격감쇄능력 저하라는 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 상기 에어 포일(13)과 베이스 플레이트(11) 사이 공간에 점탄성 물질을 주입하거나, 상기 에어 포일(13) 후면에 마찰효과를 증대시키기 위해 코팅처리를 하였다.

그러나, 점탄성 물질을 사용한 감쇄구조는 새로운 부품의 추가를 의미하는 것으로 제품의 단가를 상승시키는 요인이 되고, 주입되는 점탄성 물질이 내화학 물질이 아닌 경우 특정용도에서의 사용이 제한될 수 있다.

또한, 에어 포일(13)을 코팅처리한 경우는 마찰에 의한 감쇄효과를 이용하는 것이므로, 사용시간이 증가함에 따라 코팅의 마멸이 진행되어 성능이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 감쇄능력과 하중지지능력이 향상되고 내화학성이 뛰어나며, 성능과 신뢰성이 장시간 유지될 수 있는 에어 포일 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 에어 포일 베어링은, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 일단이 고정되는 복수개의 주 에어 포일; 상기 주 에어 포일의 타단으로부터 연장형성되는 보조 포일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조포일은 상기 주 에어 포일의 타단으로부터 상기 베이스 플레이트 방향으로 연장형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 보조 포일은 상기 베이스 플레이트와 접하면서 상기 주 에어 포일이 탄성변형 됨에 따라 상기 베이스 플레이트와 상대운동하는 마찰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조 포일은 상기 주 에어 포일이 탄성변형 됨에 따라 인접하는 상기 주 에어 포일과 겹쳐지는 중첩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주 에어 포일은 상기 베이스 플레이트와 소정의 경사각을 갖는 경사부와, 각 부분이 소정의 곡률반경을 갖고 상기 베이스 플레이트 방향으로 굴곡된 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 포일 베어링의 구조를 나타낸 측면도이다.

도면을 참조하면, 상기 에어 포일 베어링(20)은 베이스 플레이트(21)와, 베이스 플레이트(21)상에 설치되는 주 에어 포일(23) 및 보조 포일(24)을 포함한다.

상기 주 에어 포일(23)은 상기 베이스 플레이트(21)와 소정의 경사각을 갖는 경사부(23a)에 연속하여, 각 부분이 소정의 곡률반경을 갖고 베이스 플레이트(21) 방향으로 굴곡된 곡선부(23b)를 포함한다.

상기 보조 포일(24)은 상기 곡선부(23b)로부터 연장형성되는 것으로, 주 에어 포일(23)이 탄성변형됨에 따라 인접하는 주 에어 포일(23)의 경사부(23a)와 겹쳐지면서 에어 포일의 강성을 보강하는 중첩부(24a)가 형성되어 있다.

상기 보조 포일(24)은 중첩부(24a)에 연속하여, 베이스 플레이트(21)와 일정길이만큼 접하면서 상기 주 에어 포일(23)이 탄성변형 됨에 따라 상기 베이스 플레이트(21)와 상대운동을 하게 되는 상기 마찰부(24b)를 포함한다.

이하에는 상기와 같은 구조를 가진 본 발명의 실시예에 따른 에어 포일 베어링의 동작과 작용효과를 설명하기로 한다.

상기 트러스트 플레이트(21)가 회전을 시작하면, 상기 트러스트 플레이트(21)와 상기 트러스트 플레이트(21)와 접촉하는 상기 주 에어 포일(23) 사이의 공간으로 고압의 공기가 유입되기 시작한다.

상기 공간으로 유입된 고압의 공기는 상기 트러스트 플레이트(22)의 회전수 가 상승함에 따라 그 회전력에 의해 압력이 더욱 상승되어 도 2에 도시된 바와 같이 상기 주 에어 포일(23)과 보조 포일(24)을 상기 베이스 플레이트(21) 방향으로 가압하게 된다.

상기 트러스트 플레이트(22)는 정상속도 상태에서 이렇게 주 에어 포일(23)로부터 부상하여 회전하게 되며, 이러한 상태에서 에어 포일 베어링(20)의 진동 감쇄능력은 주로 마찰에 의한 에너지 흡수력에 좌우되는 것이다.

본 발명에 의한 상기 에어 포일 베어링(20)의 진동감쇄작용은 보조 포일(24)에 의한 베이스 플레이트(21)와의 마찰에 의해 이루어지는데, 작동과정은 다음의 두 가지 과정에 의하며 도 3은 에어 포일이 탄성변형되면서 진동감쇄작용이 이루어지는 과정을 나타낸 것이다.

상기 에어 포일 베어링(20)에 진동이 가해져서 주 에어 포일(23)이 트러스트 플레이트(22)에 밀착되게 탄성변형되면 마찰부(24b)는 주 에어 포일(23)이 펼쳐지는 방향, 즉 도 3에서와 같이 우측방향으로 이동되고, 반대로 주 에어 포일(23)이 트러스트 플레이트(22)와 멀어져 원래의 형상에 가깝게 복원되면 마찰부(24b)는 좌측방향으로 이동되며, 이때 진동이 열에너지로 변환되는 양은 마찰계수, 수직력 및 이동거리의 곱에 해당된다.

이러한 감쇄작용 이외에 에어 포일 베어링(20)은 강성이 향상되는데, 이는 보조 포일(24)에 형성된 중첩부(24a)에 의해 이루어진다.

상기 중첩부(24a)는 주 에어 포일(23)의 곡선부(23b)로부터 연장형성되어 베이스 플레이트(21)와 접하게 되는 부분을 나타내며 고압의 공기에 의해 주 에어 포 일(23)이 탄성변형됨에 따라 인접하는 주 에어 포일(23)의 경사부(23a)와 평행을 이루며 만나게 되어 경사부(23a)가 두 겹으로 구성된 것과 같은 효과를 낸다.

이는 주 에어 포일(23)의 변형에 대향하는 수직항력이 두 배가 됨을 의미하는 것으로, 상기 주 에어 포일(23)이 상기 베이스 플레이트(21)와 과도하게 밀착되는 것을 방지하는 작용을 한다.

따라서, 외부에서 상기 에어 포일 베어링(20)으로 충격이 전달되는 경우나 과도한 부하가 가하진 경우에도 주 에어 포일(23)이 적은 변위량을 가지도록 하여 그 만큼 하중 지지능력이 증가된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어 포일 베어링은 진동이 발생된 경우 상기 마찰부와 베이스 플레이트간에 마찰에 의해 신속하게 진동에너지를 열에너지로 변환하여 진동을 감쇄하는 효과가 탁월하며, 점탄성 물질의 주입이나 코팅처리를 수반하지 않으므로 화학적 환경에서도 사용가능하고 사용수명이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 보조 포일이 주 에어 포일과 중첩되면서 포일의 두께가 두 배가 되는 효과를 나타내어 에어 포일의 강성이 증가되므로 에어 포일 베어링의 하중지지 능력이 향상되는 탁월한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 베이스 플레이트;

   상기 베이스 플레이트에 일단이 고정되는 복수개의 주 에어포일;

   상기 주 에어포일의 타단으로부터 상기 베이스 플레이트 방향으로 연장형성되는 보조포일;을 포함하되,

   상기 보조포일은 상기 베이스플레이트와 면접촉되며 상기 주 에어포일이 탄성변형됨에 따라 상기 베이스 플레이트와 상대운동하는 마찰부와, 상기 주 에어포일이 탄성변형됨에 따라 인접하는 상기 주 에어포일과 겹쳐지는 중첩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어포일.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주 에어 포일은 상기 베이스 플레이트와 소정의 경사각을 갖는 경사부와, 각 부분이 소정의 곡률반경을 갖고 상기 베이스 플레이트 방향으로 굴곡된 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.
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