KR100697852B1 - Tilting Pad Bearing - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 틸팅형 베어링을 도시한 도면이다.1 is a view showing a tilting bearing according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 단면을 도시한 것으로, 도 1의 A-A선 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the tilting bearing according to the present invention, which is taken along line A-A of FIG.
도 3은 본 발명에 따른 틸팅형 베어링을 도시한 분리사시도이다.3 is an exploded perspective view showing a tilting bearing according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 설치시를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating the installation of the tilting bearing according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 종합 성능을 분석한 해석 결과도로서, 도 5a는 베어링의 형식을 보인 도면이고, 도 5b는 베어링에 작용하는 압력분포를 보인 도면이며, 도 5c와 도 5d는 베어링의 강성과 감쇠계수를 나타낸 그래프이고, 도 5e는 베어링의 굽힘모드 및 선회고유진동수를 나타낸 그래프이며, 도 5f는 불균형 진동레벨을 나타낸 그래프이다.5 is an analysis result analysis of the overall performance of the tilting bearing according to the present invention, Figure 5a is a view showing the type of bearing, Figure 5b is a view showing the pressure distribution acting on the bearing, Figure 5c and Figure 5d is a graph showing the stiffness and the damping coefficient of the bearing, Figure 5e is a graph showing the bending mode and the swing natural frequency of the bearing, Figure 5f is a graph showing the unbalanced vibration level.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 베어링 110 : 몸통100: bearing 110: body
111 : 홈 112 : 유입공111: groove 112: inlet hole
113 : 위치고정돌기 120 : 고정체링113: Position fixing protrusion 120: Fixing ring
121,122 : 격벽 123 : 배출공121,122: bulkhead 123: discharge hole
124 : 오일통로 125 : 위치고정홀124: oil passage 125: position fixing hole
130 : 패드 131 : 원형돌부130: pad 131: circular protrusions
132 : 돌출부132: protrusion
본 발명은 틸팅형 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링의 내주면에 회전되는 축에 틸팅가능하게 접하여 지지하는 다수의 패드를 설치하여 축의 진동을 베어링내에서 틸팅되는 패드가 흡수함으로써 축이나 베어링 또는 이에 연결된 주변 기기들의 마모를 방지하거나 또는 최소화할 수 있도록 한 틸팅형 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a tilting bearing, and more particularly, a plurality of pads are installed on an inner circumferential surface of a bearing to be tilted in contact with a rotating shaft, thereby absorbing vibration of the shaft so that the pad tilted in the bearing absorbs the shaft or bearing or The present invention relates to a tilting bearing for preventing or minimizing wear of peripheral devices connected thereto.
일반적으로, 베어링은 회전하고 있는 기계의 축(軸)을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다.In general, a bearing is a mechanical element that fixes a shaft of a rotating machine at a fixed position and rotates the shaft while supporting the weight of the shaft and the load on the shaft.
그러나, 이와 같은 종래의 베어링이 큰 진동이 발생되는 급수승압펌프에 적용되면, 펌프의 축과 결합되는 베어링에 축의 진동(1800 rpm의 운전속도에서 발생 되는 진동레벨)이 흡수되지 못하고 그대로 전달되어 베어링의 수명을 단축시키게 되고, 베어링내에서 진동하는 축에 의해 이의 결합부에서 잦은 부딪힘으로 인한 마찰로 인해 축 또는 베어링이 마모되어 파손되거나 또는 이에 연결된 주변 기기들이 마모되어 파손되는 문제점이 있었다.However, when such a conventional bearing is applied to a feed boost pump in which a large vibration is generated, the vibration of the shaft (vibration level generated at an operating speed of 1800 rpm) is not absorbed to the bearing coupled to the shaft of the pump and is transmitted as it is. To shorten the life of the, the shaft vibrating in the bearing due to the friction due to frequent hits in the coupling portion of the shaft or bearing is worn or damaged, or the peripheral devices connected to it is worn and broken.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 베어링의 내주면에 회전되는 축에 틸팅가능하게 접하여 지지되는 다수의 패드가 설치되어 축의 진동을 베어링내에서 틸팅되는 패드가 흡수함으로써 축이나 베어링 또는 이에 연결된 주변 기기들의 마모를 방지하거나 또는 최소화할 수 있는 틸팅형 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, a plurality of pads are supported in contact with the rotating shaft in a tiltable manner is installed on the inner circumferential surface of the bearing pad to tilt the vibration of the shaft in the bearing It is an object of the present invention to provide a tilting bearing capable of preventing or minimizing abrasion of a shaft, a bearing, or a peripheral device connected thereto by absorbing.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 틸팅형 베어링은, 축이 삽입되어 지지되는 몸통과; 상기 몸통에 설치되고 일면은 축에 접하며 타면에는 몸통에 지지되는 원형돌부가 돌출 형성되어 틸팅되는 패드와; 상기 몸통의 단부에 각각 설치되어 틸팅되는 패드를 안내하면서 구속하는 고정체링;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Tilting bearing of the present invention for achieving the above object, the shaft is inserted into the body is supported; A pad installed on the body and having one surface in contact with an axis and the other surface of which is formed with a protruding round protrusion formed on the body and tilted; It is characterized in that it comprises a; fixed body ring for restraining while guiding the pad is installed and tilted at each end of the body.
바람직하게는, 상기 패드의 원형돌부에 대응한 몸통의 내주면에는 원형돌부가 삽입되어 지지되는 홈이 형성된다.Preferably, a groove is formed in the inner circumferential surface of the body corresponding to the circular protrusion of the pad to support the circular protrusion.
그리고, 상기 몸통의 홈은 정홈으로 형성되고, 상기 패드의 원형돌부는 몸통의 정홈보다 더 크게 돌출된다.And, the groove of the body is formed as a regular groove, the circular protrusion of the pad protrudes larger than the regular groove of the body.
또, 상기 베어링의 고정체링 중 적어도 하나 이상의 고정체링에는 베어링내로 공급된 오일이 배출되어 순환되는 배출공이 천공된다.In addition, at least one or more of the stationary ring of the bearing is punctured by a discharge hole through which oil supplied into the bearing is discharged and circulated.
그리고, 상기 몸통의 단부에는 위치고정돌기가 돌출 형성되고, 상기 고정체링에는 위치고정돌기가 삽입되는 위치고정홀이 형성되어, 상기 고정체링을 몸통에 가고정시킨다.The position fixing protrusion protrudes from the end of the body, and the fixing ring is formed with a position fixing hole into which the position fixing protrusion is inserted to temporarily fix the fixing ring to the body.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 틸팅형 베어링을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 단면을 도시한 것으로, 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 틸팅형 베어링을 도시한 분리사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 설치시를 도시한 사시도이다.1 is a view showing a tilting bearing according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the tilting bearing according to the present invention, a cross-sectional view taken along line AA of Figure 1, Figure 3 according to the present invention 4 is an exploded perspective view illustrating a tilting bearing, and FIG. 4 is a perspective view illustrating a tilting bearing in accordance with the present invention.
본 발명에 따른 틸팅형 베어링(100)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 몸통(110)과, 다수의 패드(130)와, 다수의 고정체링(120)으로 대별되어 이루어진다.As shown in FIGS. 1 to 4, the tilting bearing 100 according to the present invention is composed of a
상기 몸통(110)은 중공관으로서, 그 내부에는 급수승압펌프(미도시)의 축의 저널이 삽입된다.The
상기 몸통(110)의 내주면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 몸통(110)의 외주면 측으로 완만하게 함몰된 다수의 홈(111)이 형성되되, 상기 홈(111)은 정홈으로 형성되고, 상기 패드(130)에 대응한 개수로 형성된다.As shown in FIG. 3, the inner circumferential surface of the
그리고, 상기 홈(111) 사이의 몸통(110)에는 베어링(100) 및 축을 윤활시키기 위한 오일이 유입되는 유입공(112)이 천공된다.In addition, an
또한, 상기 몸통(110)의 상,하단부에는 반원형상으로 절개된 한쌍의 고정체링(120)이 각각 설치된다.In addition, the upper and lower ends of the
상기 몸통(110)의 단부와 대향되는 고정체링(120)의 일면 중앙부측에는 도 2에 도시된 바와 같이, 몸통(110)의 내주면과 접하는 격벽(122)이 고정체링(120)의 원주방향을 따라 하향 돌출되게 형성된다.As shown in FIG. 2, a
따라서, 상기 고정체링(120)은 몸통(110)의 단부에 안착된 상태에서 몸통(110) 외측으로의 이탈이 방지된다.Thus, the
그리고, 상기 격벽(122)과 이격된 고정체링(120)의 내주연측에는 후술하는 몸통(110)의 내측면에서 틸팅되는 패드(130)의 이탈을 방지하기 위한 격벽(121)이 고정체링(120)의 원주방향을 따라 하향 돌출되게 형성된다.In addition, at the inner circumferential side of the
한편, 상기와 같이 몸통(110)에 설치되는 고정체링(120)은 몸통(110)의 단부에 가고정된 상태로 구비되어 고정되는 바, 상기 몸통(110)의 단부에는 다수의 위치고정돌기(113)가 돌출 형성되고, 상기 고정체링(120)에는 위치고정돌기(113)가 삽입되는 다수의 위치고정홀(125)이 형성되어, 상기 고정체링(120)이 몸통(110)의 단부에 가고정된다.On the other hand, the
또한, 상기 고정체링(120)의 내주면에는 오일이 유동할 수 있는 요홈형태의 오일통로(124)가 형성되고, 상기 고정체링(120) 중 일측의 고정체링에는 베어링(100)내로 공급된 오일이 외부로 배출되어 순환될 수 있도록 오일통로(124)와 연통된 다수의 배출공(123)이 천공된다.In addition, an
한편, 상기와 같은 배출공(123)을 갖는 고정체링(120)은 도 4에서와 같이, 베어링(100)의 설치시 하부측에 위치되게 설치함이 바람직하다.On the other hand, the
그리고, 상기 패드(130)는 몸통(110)에 대응한 원호형상으로 형성되고, 상기 몸통(110)의 홈(111)에 그 외측면 중앙부가 틸팅가능하게 지지되며, 그 내측면은 몸통(110)에 삽입되는 축의 저널에 접하여 틸팅된다.In addition, the
상기 몸통(110)의 홈(111)에 지지되는 패드(130)의 외측면 중앙부에는 홈(111)에 삽입되어 지지되는 원형돌부(131)가 돌출 형성되어, 상기 패드(130)의 원활한 틸팅동작을 유도함과 아울러 틸팅된 패드(130)가 원상태로 자가 정렬된다.In the center portion of the outer surface of the
상기 패드(130)의 원형돌부(131)는 그 표면이 연마가공 등에 의해 매끄럽게 처리된다.The
한편, 상기 패드(130)의 원형돌부(131)는 패드(130)가 360도 전 방향으로 원활하게 틸팅되도록 몸통(110)의 홈(111)보다 더 크게 돌출되어, 상기 패드(130)와 몸통(110) 사이에 형성되는 간극에 의해 패드(130)는 몸통(110)의 내측면에 정위치한 상태에서 360도 전 방향으로 자유롭게 틸팅된다.On the other hand, the
그리고, 상기와 같이 틸팅되는 패드(130)는 그 상,하면에 돌출된 돌출부(132)가 상기 고정체링(120)의 양 격벽(121)(122) 사이에 이격되게 설치되어, 상기 패드(130)의 틸팅이 원활하게 이루어지도록 안내하면서 틸팅되는 패드(130)의 이탈을 방지한다.In addition, the
한편, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 틸팅형 베어링을 급수승압펌프에 설치한다.On the other hand, the tilting bearing according to the present invention configured as described above is installed in the feed water boost pump.
즉, 베어링(100)에는 그 내부로 급수승압펌프의 축 저널이 삽입되어 결합되고, 축이 결합된 베어링(100)은 배출공(123)이 있는 고정체링(120)이 하부측으로 위치되게 설치되어 축을 지지한다.That is, the
이와 같이 베어링(100)에 결합된 축이 작동되면, 축은 1800 rpm 으로 운전되므로 인한 진동이 발생되는데, 이와 같은 축의 진동을 이에 접한 다수의 패드(130)가 베어링(100)의 몸통(110)내에서 틸팅되면서 진동을 모두 흡수하게 된다.When the shaft coupled to the
특히, 상기와 같이 틸팅되는 패드(130)의 틸팅방향은 베어링(100)의 원주방향 뿐만 아니라 축방향을 비롯한 360도의 전 방향으로 작용함으로써 축의 진동을 효율적으로 흡수할 수 있게 된다.In particular, the tilting direction of the
따라서, 상기와 같이 축의 진동이 틸팅되는 패드(130)에 의해 모두 흡수됨으로써 축과 베어링(100) 간의 마모를 방지하거나 극소화활 수 있고, 그로 인해 이에 연결된 다른 주변 기기들의 마모도 더불어 방지하거나 극소화할 수 있게 된다.Therefore, the vibration of the shaft is absorbed by the tilting
그리고, 상기와 같이 축의 회전시에는 베어링(100)의 몸통(110)에 천공된 유입공(112)을 통해 오일이 공급되어 몸통(110)과 패드(130), 축, 고정체링(120) 및 이의 오일통로(124)를 순환하면서 베어링(100)과 축을 윤활시킨 후, 베어링(100)의 하부에 위치된 고정체링(120)의 배출공(123)을 통해 베어링(100)의 외부로 배출된 다.In addition, when the shaft is rotated as described above, oil is supplied through the
이하, 본 출원인이 본 발명의 틸팅형 베어링의 종합 성능을 한국기계연구원에 분석 의뢰한 해석 결과를 설명한다.Hereinafter, the analysis results in which the applicant has asked the Korea Institute of Machinery and Materials to analyze the overall performance of the tilting bearing of the present invention.
첨부도면 도 5는 본 발명에 따른 틸팅형 베어링의 종합 성능을 분석한 해석 결과도로서, 도 5a는 베어링의 형식을 보인 도면이고, 도 5b는 베어링에 작용하는 압력분포를 보인 도면이며, 도 5c와 도 5d는 베어링의 강성과 감쇠계수를 나타낸 그래프이고, 도 5e는 베어링의 굽힘모드 및 선회고유진동수를 나타낸 그래프이며, 도 5f는 불균형 진동레벨을 나타낸 그래프이다.5 is an analysis result analysis of the overall performance of the tilting bearing according to the present invention, Figure 5a is a view showing the type of bearing, Figure 5b is a view showing the pressure distribution acting on the bearing, Figure 5c And FIG. 5D is a graph showing the rigidity and damping coefficient of the bearing, FIG. 5E is a graph showing the bending mode and the swing natural frequency of the bearing, and FIG. 5F is a graph showing the unbalanced vibration level.
먼저, 도 5a는 본 발명의 틸팅형 베어링의 형식을 나타낸 것으로서, 상기 베어링은 축의 하중이 작용하는 5개의 패드를 갖는 베어링으로서, 진동 및 하우징 열변형에 따른 영향 개선을 위해, 자가 정렬형 패드 및 피벗 기능을 갖춘 틸팅형 패드를 갖는다.First, Figure 5a shows the form of the tilting bearing of the present invention, the bearing is a bearing having five pads acting on the load of the shaft, to improve the effects of vibration and housing thermal deformation, self-aligned pad and It has a tilting pad with pivot function.
그리고, 도 5b는 상기 베어링에 작용하는 압력분포를 보인 것으로서, 상기 베어링에 전부하가 작용할 시 상부에 위치한 2개의 패드에도 상당히 큰 압력이 생성됨을 알 수 있었고, 그로 인해 베어링의 전체 압력분포가 균일하게 작용하여 고른 대칭을 이루고 있어, 한층 안정적임을 알 수 있다.And, Figure 5b shows the pressure distribution acting on the bearing, it can be seen that when the full load is applied to the two pads located on the upper side, a fairly large pressure is generated, resulting in a uniform pressure distribution of the bearing It can be seen that it is even more stable because it acts evenly.
또, 도 5c와 도 5d는 각각 베어링의 강성과 감쇠계수를 나타낸 그래프로서, 개선전의 종래 베어링(Overshot Groove Elliptical Bearings)은 Direct 강성이 KXX=8.009×106 N/m 와 KYY=1.685×107 N/m 의 작은 값에 큰 비대칭을 보이며, Cross-Coupled 강성은 매우 커 Direct 강성에 버금가고 있다.5C and 5D are graphs showing the stiffness and the damping coefficient of the bearing, respectively. In the conventional bearings (Overshot Groove Elliptical Bearings), the direct stiffness of K XX = 8.009 × 10 6 N / m and K YY = 1.685 × The large asymmetry is shown in the small value of 10 7 N / m, and the cross-coupled stiffness is very large, comparable to the direct stiffness.
반면에, 개선된 본 발명의 틸팅형 베어링은 Direct 강성이 KXX=1.657×108 N/m 와 KYY=1.697×108 N/m 의 큰 값에 매우 잘 대칭을 이루고, Cross-Coupled 강성은 실질적으로 0 이다.On the other hand, the improved tilting bearing of the present invention is very well symmetrical to the large values of direct stiffness K XX = 1.657 × 10 8 N / m and K YY = 1.697 × 10 8 N / m, and cross-coupled stiffness. Is substantially zero.
따라서, 위에서 알 수 있듯이, 본 발명의 틸팅형 베어링은 종래의 베어링에 비해 Direct 강성이 10배 이상 정도 크다.Therefore, as can be seen from above, the tilting bearing of the present invention has a direct rigidity of about 10 times or more as compared with the conventional bearing.
또, 도 5e는 상기 베어링의 굽힘모드 및 선회고유진동수를 나타낸 그래프로서, 본 그래프에 나타난 바와 같이 상기 베어링의 고유진동수는 5264.7 rpm 이고, 베어링의 Direct 강성이 충분히 강해서 베어링 위치가 Nodal Position 으로 즉 베어링에서의 진동이 매우 경미할 것으로 보인다.5E is a graph showing the bending mode and the swing natural frequency of the bearing. As shown in the graph, the natural frequency of the bearing is 5264.7 rpm, and the direct rigidity of the bearing is sufficiently strong so that the bearing position is the nodal position, that is, the bearing. The oscillation at is likely to be very slight.
그리고, 도 5f는 상기 베어링의 불균형 진동레벨(G2.5 불균형을 임펠러에 부가함, 1800 rpm 기준)을 나타낸 그래프로서, 임펠러에서는 5.05 ㎛, 두 베어링 위치에서는 0.25 ㎛의 불균형 진동이 발생할 것으로 예측되는데, 이는 종래의 베어링에 비해 진동이 임펠러에서는 1/2배 그리고 두 베어링 위치에서는 1/31배로 대폭 감소될 것으로 예측된다. 이는 상기 베어링의 Direct 강성이 10배 정도 커서 베어링이 축이 진동하지 못하도록 더 잘 구속할 수 있기 때문이다.5F is a graph showing the unbalanced vibration level of the bearing (G2.5 imbalance is added to the impeller, based on 1800 rpm), and it is expected that unbalanced vibration of 5.05 μm in the impeller and 0.25 μm in two bearing positions will occur. It is expected that the vibration will be significantly reduced by 1/2 times in the impeller and 1/31 times in both bearing positions compared to conventional bearings. This is because the direct rigidity of the bearing is about 10 times so that the bearing can be better constrained to prevent the shaft from vibrating.
따라서, 급수승압펌프의 진동문제를 해결하기 위한 일환으로 발명된 틸팅형 베어링의 해석 결과를 종합해 볼 때, 하기와 같다.Therefore, when analyzing the analysis results of the tilting bearing invented as part of solving the vibration problem of the feed-up boost pump, as follows.
본 발명의 틸팅형 베어링은 압력 생성이 모든 패드에서 잘 로딩(Loading)되고 전체적으로 균일한 대칭 분포를 보였다. 특히, Direct 강성 계수가 수직·수평방향에서 대칭을 이루고 매우 큰 값을 가지며, Cross-Coupled 강성이 매우 작은 점 등 동특성 측면에서 우수한 것으로 평가된다.The tilted bearings of the present invention were well loaded with pressure generation on all pads and exhibited a uniform distribution throughout. In particular, the direct stiffness coefficient is symmetrical in the vertical and horizontal directions and has a very large value, and the cross-coupled stiffness is considered to be excellent in terms of dynamic characteristics.
그리고, 본 발명의 틸팅형 베어링의 Direct 강성 계수도 기존 베어링들보다 10배 이상 높은 것으로 분석되었다.In addition, the direct stiffness coefficient of the tilting bearing of the present invention was also analyzed to be 10 times higher than existing bearings.
특히, 불균형 진동응답 해석결과 동일한 불균형량에 대해 베어링 위치에서 로터의 진동레벨이 틸팅형 베어링을 적용한 경우 기존 베어링에 비해 무려 1/31배 감소되는 것으로 해석되었다. 아울러, 임펠러에서의 진동 레벨도 1/2배 감소되는 것으로 해석되었다.In particular, as a result of the unbalanced vibration response analysis, the vibration level of the rotor at the bearing position was reduced by 1/31 times compared with the existing bearings for the same unbalanced amount. In addition, the vibration level in the impeller was also interpreted to be reduced by half.
이상과 같이, 불균형 및 하우징 변형 등에 기인한 진동 저감측면에서 Self-Aligning Pad 및 Pivot 기능을 갖춘 틸팅형 베어링의 설계적용이 적합한 것으로 평가된다.As described above, it is evaluated that the design application of a tilting bearing with a self-aligning pad and pivot function is suitable in terms of vibration reduction due to unbalance and housing deformation.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 틸팅형 베어링에 따르면, 회전되는 축의 진동을 베어링내에서 틸팅되는 다수의 패드가 흡수함으로써 축이나 베어링 또는 이에 연결된 주변 기기들의 마모를 방지하거나 또는 최소화할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the tilting bearing of the present invention, the vibration of the rotating shaft is absorbed by a plurality of pads tilted in the bearing, thereby preventing or minimizing the wear of the shaft, the bearing, or peripheral devices connected thereto. There is this.
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KR (1) | KR100697852B1 (en) |
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