KR100788548B1 - Journal Bearings with Asymmetric Holes - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 가압 저널 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체-베어링 시스템을 구성하는 외부 가압 저널 베어링에 있어서, 베어링 틈새로 가압 된 윤활제를 공급하는 윤활제 공급용 미세 급기공이 베어링 윤활면(51a 또는 52a)에 베어링의 축 방향 또는 베어링의 길이 방향에 대하여 1 열(41a) 혹은 복수열(42a와 43a)로 베어링의 원주 방향으로 복수 개로 구성되며, 상기 급기공은 급기공 입구에서부터 베어링 틈새 입구까지 연결되어 형성되며, 상기 급기공은 급기공 입구가 노즐 형태 혹은 포켓 형태(3a)등의 구조를 가지며, 베어링의 하우징에는 이 포켓으로 가압 된 공기를 공급하는 윤활제 공급구가 형성되는 외부 가압 저널 베어링에 있어서, 윤활면(5a)을 형성하는 베어링면(5a)에 원주 방향으로 형성되어지는 급기공(4a)들 사이의 각도가 균일하지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 비대칭 급기공 저널 베어링(1a) 및 상기 비대칭 급기공 저널 베어링에 있어서 상기 급기공들의 직경이 원주 방향으로 두 가지 이상의 서로 다른 크기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 급기공 저널 베어링 그리고 상기의 비대칭 급기공 저널 베어링으로 지지 되는 회전체-베어링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an external pressurized journal bearing, and more particularly, in an external pressurized journal bearing constituting a rotating body-bearing system, a lubricant supply micro-air supply for supplying a pressurized lubricant to a bearing clearance is provided with a bearing lubrication surface ( 51a or 52a) comprising a plurality of rows in the circumferential direction of the bearing in one row 41a or a plurality of rows 42a and 43a with respect to the axial direction of the bearing or the longitudinal direction of the bearing, wherein the air supply hole has a bearing clearance from the inlet of the air supply hole. The air supply hole is connected to the inlet, and the air supply hole has a structure in which the air supply inlet has a nozzle shape or a pocket shape (3a), and an external pressurization in which a lubricant supply port for supplying pressurized air is formed in the housing of the bearing. In the journal bearing, the angle between the air supply holes 4a formed in the circumferential direction on the bearing surface 5a forming the lubrication surface 5a is uniform. In the asymmetrical air supply journal bearing (1a) and the asymmetrical air supply journal bearing, characterized in that not disposed so that the diameter of the air supply hole is formed to have at least two different sizes in the circumferential direction It relates to a journal bearing and a rotor-bearing system supported by said asymmetric air supply journal bearing.

이 새로운 방식의 비대칭 급기공 베어링으로 지지 되는 회전체의 최대 가능 회전 속도는 종래 방식의 급기공을 갖는 저널 베어링으로 지지 되는 경우보다 획기적으로 향상되며, 또한 회전체의 진동 특성도 획기적으로 향상되는 것을 특징으로 한다.The maximum possible rotational speed of the rotating body supported by this new asymmetrical air supply bearing is significantly improved compared to that supported by the journal bearing with the conventional air supplying hole, and also the vibration characteristics of the rotating body are significantly improved. It features.

외부가압 저널베어링, 비대칭 급기공 베어링, 회전체, 안정한계속도, 훨비, 안정성, 진동 Pressurized journal bearings, asymmetrical air inlet bearings, rotors, stable continuity, heavy rain, stability, vibration

Description

비대칭 급기공 저널 베어링 {Journal Bearings with Asymmetric Holes}Journal Bearings with Asymmetric Holes

도 1은 종래의 외부 가압 저널 베어링 지지 회전체 시스템의 사시도1 is a perspective view of a conventional external pressurized journal bearing support rotating system;

도 2는 도 1의 외부 가압 저널 베어링 단면도2 is a cross-sectional view of the external pressurized journal bearing of FIG.

도 3은 도 2의 외부 가압 저널 베어링에 대한 윤활면에서의 단면도3 is a cross-sectional view at the lubricating surface for the external pressurized journal bearing of FIG.

도 4는 본 발명의 비대칭 급기공 베어링의 단면도4 is a cross-sectional view of the asymmetric air supply bearing of the present invention.

도 5는 본 발명의 비대칭 급기공 베어링에 대한 윤활면에서의 단면도5 is a cross-sectional view of the lubricating surface for the asymmetric air supply bearing of the present invention.

도 6은 본 발명의 비대칭 급기공 베어링에 대한 또 다른 실시 예Figure 6 is another embodiment of the asymmetric air supply bearing of the present invention

도 7에서 11은 종래 및 본 발명의 베어링 실시 예에 따른 성능 및 성능 변화도7 to 11 is a change in performance and performance according to the bearing embodiment of the prior art and the present invention

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

1 : 외부 가압 저널 베어링1: external pressurized journal bearing

2 : 로터 혹은 회전체2: rotor or rotor

3 : 포켓3: pocket

4 : 급기공4: supply air

5 : 베어링 윤활면5: bearing lubrication surface

본 발명은 외부 가압 저널 베어링의 일종인 비대칭 급기공 베어링 및 비대칭 급기공 베어링을 이용한 회전체-베어링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베어링 틈새로 윤활제를 공급하는 통로인 급기공의 위치가 베어링의 원주방향으로 등간격이 아닌, 비등간격으로 설치되는 비대칭 형태의 급기 방식을 갖거나 혹은 급기공의 직경이 원주 방향에 대하여 두 가지 이상의 서로 다른 직경의 크기로 구성됨으로써, 베어링 틈새 내의 윤활제에서 발생되는 압력 분포를 고속 회전에 유리하도록 분포 시킴으로써, 이 베어링에 의하여 지지 되는 회전체의 최대 회전 속도를 크게 높일 수 있는 비대칭 급기공 베어링 및 비대칭 급기공 베어링을 이용한 회전체-베어링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a rotating body-bearing system using an asymmetrical air supply bearing and an asymmetrical air supply bearing, which is a kind of external pressurized journal bearing, and more particularly, the position of the air supply, which is a passage for supplying lubricant to the bearing clearance, Asymmetrical air supply is installed at boiling intervals rather than equidistantly in the circumferential direction, or the diameter of the air supply hole is composed of two or more different diameters in the circumferential direction, thereby generating a lubricant in the bearing clearance. By distributing the pressure distribution in favor of high speed rotation, the present invention relates to an asymmetrical air ball bearing and a rotating body-bearing system using an asymmetrical air ball bearing which can greatly increase the maximum rotational speed of the rotating body supported by the bearing.

도 1은 종래의 외부 가압 저널 베어링에 의하여 회전축이 지지 되는 회전체-베어링 시스템의 사시도로서 베어링(1)과 회전축(2)이 있으며, 베어링에는 베어링 틈새 내로 가압 된 공기가 유입될 수 있도록 베어링의 원주 방향으로 미세 급기공(4)들이 존재한다. 도 2는 도 1의 단면도로서 베어링 역할을 하는 베어링 윤활면(5)에는 미세 급기공(4)들이 원주 방향으로 등간격의 대칭 형태 구조를 갖는다. 도 3은 종래의 외부 가압 저널 베어링의 윤활면을 원주 방향으로 펼친 단면도로서, 베어링 윤활면(51 또는 52)에 원주 방향으로 형성되는 급기공(41 또는 42와 43)들은 베어링 축 방향에 대하여 1 열 혹은 복수 열의 구조로 구성되며, 원주 방향으로의 복수 개의 급기공 직경은 같은 크기의 직경으로 등간격의 대칭 형태를 갖도록 배치된다.1 is a perspective view of a rotating body-bearing system in which a rotating shaft is supported by a conventional external pressurized journal bearing, which has a bearing 1 and a rotating shaft 2, in which the pressurized air flows into a bearing clearance. There are fine air supply holes 4 in the circumferential direction. FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 in which the lubricating surface 5 serving as a bearing has a symmetrical structure with finely spaced holes 4 at equal intervals in the circumferential direction. 3 is a sectional view of the conventional lubrication surface of the external pressurized journal bearing in the circumferential direction, wherein the air supply holes 41 or 42 and 43 formed in the circumferential direction on the bearing lubrication surface 51 or 52 are 1 in the bearing axial direction. Comprising a row or a plurality of rows structure, the plurality of air supply diameters in the circumferential direction are arranged to have the same size of symmetrical shape at equal intervals.

이와 같은 종래의 외부 가압 저널 베어링으로 지지 되는 회전체의 최대 회전 속도를 증가시키거나 회전체의 진동 특성을 개선하기 위하여, 외부 가압되는 윤활제의 압력을 증가시키거나, 같은 크기를 갖는 급기공의 직경을 적절히 변화시키거나, 베어링 길이 방향으로 급기공의 위치를 적절하게 변화시키거나, 베어링의 틈새 크기를 감소시키거나, 베어링의 개수를 늘려 베어링이 지지하는 부하의 크기를 줄이는 등의 방법이 적용되고 있으나, 이와 같은 방법들을 이용하여 최대 회전 속도를 증가시키거나 진동 특성을 개선시키는 데에는 설계상 그리고 실제 작동환경 등을 고려하여 여러 가지 한계가 있다.In order to increase the maximum rotational speed of the rotating body supported by such a conventional external pressurized journal bearing or to improve the vibration characteristics of the rotating body, the pressure of the externally pressurized lubricant or the diameter of the air supply holes having the same size , Change the position of the air supply hole in the bearing longitudinal direction, reduce the gap of the bearing, or increase the number of bearings to reduce the size of the load supported by the bearing. However, there are various limitations to increase the maximum rotation speed or improve the vibration characteristics by using such methods in consideration of the design and the actual operating environment.

본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 고안된 것으로서, 외부 가압 되는 윤활제의 압력을 증가시키거나, 같은 크기를 갖는 급기공의 직경을 적절히 변화시키거나, 베어링의 틈새 크기를 감소시키거나, 베어링 길이 방향으로 급기공의 위치를 배치하거나, 베어링의 개수를 늘려 베어링이 지지하는 부하를 줄이는 등의 방법을 이용치 않고, 베어링 윤활면에 원주 방향으로 형성되는 미세 급기공의 위치를 비대칭 형태의 급기 방식으로 구성하는 비대칭 급기공 베어링 및 상기 비대칭 급기공 베어링에 있어서 두 개 이상의 서로 다른 크기의 직경을 갖는 비대칭 급기공 베어링으로서, 회전체의 운전 특성을 고려하여 고속 회전 및 진동 특성에 유리하도록 윤활제의 압력 분포를 형성시키도록 함으로써, 이를 이용하여 지지 되는 회전체의 최대 회전 속도를 크게 향상시키며, 또한 진동 특성을 크게 향상시키는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above points, and increases the pressure of the externally pressurized lubricant, appropriately changes the diameter of the air supply holes having the same size, reduces the gap size of the bearing, or the bearing length. The asymmetrical air supply method of the position of the micro air supply hole formed in the circumferential direction on the bearing lubrication surface without using the method of arranging the position of the air supply hole in the direction or reducing the load supported by the bearing by increasing the number of bearings. Asymmetrical air supply bearings and asymmetrical air supply bearings having two or more different diameters in the asymmetrical air supply bearings, comprising: a pressure of lubricant to be advantageous for high speed rotation and vibration characteristics in consideration of operating characteristics of a rotating body; By forming a distribution, the maximum rotational speed of the rotating body supported using it The purpose is to greatly improve the degree and to greatly improve the vibration characteristics.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전체-베어링 시스템을 구성하는 외부 가압 저널 베어링에 있어서, 베어링 틈새로 가압된 윤활제를 공급하는 윤활제 공급용 미세 급기공이 베어링의 축 방향에 대하여 1 열 혹은 복수 열로 베어링의 원주 방향으로 복수 개로 구성되며, 상기 급기공은 급기공 입구에서부터 베어링 틈새 입구까지 연결되어 형성되며, 상기 급기공은 급기공 입구가 노즐 형태 혹은 포켓 형태 등의 구조를 가지며, 베어링의 하우징에는 이 포켓으로 가압된 공기를 공급하는 윤활제 공급구가 형성되는 외부 가압 저널 베어링에 있어서, 윤활면을 형성하는 베어링면에 원주 방향으로 형성되어지는 급기공들 사이의 각도가 균일하지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 비대칭 급기공 저널 베어링 및 상기 비대칭 급기공 저널 베어링에 있어서 상기 급기공들의 직경이 원주 방향으로 두 가지 이상의 서로 다른 크기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 급기공 저널 베어링 그리고 상기의 비대칭 급기공 저널 베어링으로 지지 되는 회전체-베어링 시스템에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides an external pressurized journal bearing constituting a rotating body-bearing system, in which a fine supply hole for lubricant supply for supplying a pressurized lubricant to a bearing clearance is provided in one row with respect to the axial direction of the bearing. Or it is composed of a plurality of rows in the circumferential direction of the bearing, the air supply hole is formed by connecting from the air supply hole inlet to the bearing gap inlet, the air supply hole has a structure such as a nozzle shape or a pocket shape, bearing In an external pressurized journal bearing in which a lubricant supply opening for supplying air pressurized to this pocket is formed in the housing of the housing, the angle between the air supply holes formed in the circumferential direction on the bearing surface forming the lubricating surface is not uniform. Characterized in that the asymmetric air supply journal bearing and the asymmetric air supply journal bearing Come asymmetric pore class journal bearing and the rotating body is supported by the class of the asymmetric pore journal bearing, it characterized in that the diameter of the feeding pores is circumferentially formed so as to have two or more different sizes relates to a bearing system.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비대칭 급기공 저널 베어링 및 이들 베어링들로 구성된 회전체-베어링 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the configuration of the asymmetric air supply journal bearing and the rotor-bearing system composed of these bearings in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

먼저, 종래의 외부 가압 저널 베어링을 도시한 도 1 및 도 2의 베어링에 대하여 베어링의 윤활면(5)을 원주 방향으로 펼친 단면도를 도 3에 나타내었으며, 도 3의 (가)는 원주 방향으로의 미세 급기공이 윤활면(51)에 1 열(41)로 구성된 예이 며, 도 3의 (나)는 원주 방향으로의 미세 급기공이 윤활면(52)에 2 열(42와 43)로 구성된 예이다. 도 3에 나타낸 바와 같이 베어링 윤활면에 배치되는 미세 급기공은 원주 방향에 대하여 복수 개로 구성되며, 이들 급기공의 직경은 모두 같은 크기의 직경을 갖으며 등간격의 대칭 형태를 갖도록 설계되어진다.First, a cross-sectional view of the lubricating surface 5 of the bearing in the circumferential direction of the bearing of FIGS. 1 and 2 showing a conventional external pressurized journal bearing is shown in FIG. 3, and (a) of FIG. 3 is an example in which the fine air supply holes are formed in one row 41 on the lubrication surface 51, and (b) of FIG. 3 shows that the minute air supply holes in the circumferential direction are arranged in two rows 42 and 43 on the lubrication surface 52. This is an example. As shown in FIG. 3, the plurality of fine air supply holes disposed on the bearing lubrication surface is configured in a circumferential direction, and the diameters of these air supply holes are all designed to have the same size diameter and to have symmetrical shapes at equal intervals.

도 4는 본 발명에 따른 비대칭 급기공 저널 베어링의 실시 예로, 1열 급기 방식의 비대칭 급기공을 갖는 외부 가압 저널 베어링(1a)의 단면도와 급기공 위치에서의 축 방향 단면도를 나타내고 있다. 도 4에 보는 바와 같이 비대칭 급기공 베어링은 급기공들 사이의 각도가 균일하지 않는, 비대칭 형태로 구성되어지고 있음을 나타낸다. 상기의 비대칭 급기공 베어링의 척도로서, 비대칭각을 정의하였다. 비대칭각은 급기공들 사이의 가장 큰 각(도 4에서의 θmax)과 가장 작은 각(θmin)의 차이다. 참고로 종래의 외부 가압 저널 베어링은 θmax 와 θmin 이 항상 같은 대칭 형태의 베어링으로서, 비대칭각이 0°가 된다.FIG. 4 shows a cross-sectional view of an externally pressurized journal bearing 1a having an asymmetrical air supply of a single-row air supply system and an axial cross-sectional view at the air supply position as an embodiment of the asymmetrical air supply journal bearing according to the present invention. As shown in FIG. 4, the asymmetrical air supply bearing shows that the asymmetrical air supply bearing is configured in an asymmetrical form, in which the angle between the air supply holes is not uniform. As a measure of the asymmetric air supply bearing, an asymmetric angle was defined. The asymmetric angle is the difference between the largest angle (θmax in FIG. 4) and the smallest angle (θmin) between the air supply holes. For reference, the conventional external pressurized journal bearing is a symmetrical bearing in which θmax and θmin are always the same, and the asymmetric angle becomes 0 °.

본 발명에 따른 비대칭 급기공 베어링의 윤활면(5a)을 원주 방향으로 펼친 단면도를 도 5에 나타내었으며, 도 5의 (가)는 원주 방향으로 미세 급기공들이 비대칭 형태로 구성된 1 열 급기 방식의 예이며, 도 5의 (나)는 원주 방향으로 미세 급기공들이 비대칭 형태로 구성된 2 열 급기 방식의 예이다. 도 5에 나타낸 바와 같은 비대칭 형태로 배열된 급기공을 갖는 비대칭 급기공 베어링은 원주 방향으로 급기공들 사이의 거리가 일정하지 않은, 급기공들의 위치가 비등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이 급기공이 원주 방향으로 비등간격으로 배치되는 비대칭 급기공 베어링은, 베어링 틈새 내로 공급되는 공기의 압력 분포가, 회전 체의 운전 특성을 고려하여 고속 회전 및 진동 특성에 유리하도록 압력 분포를 형성시키도록 함으로써, 이를 이용하여 지지 되는 회전체의 최대 회전 속도를 크게 향상시키며, 또한 진동 특성을 크게 향상시킨다.5 is a cross-sectional view showing the lubricating surface 5a of the asymmetrical air supply bearing in accordance with the present invention in the circumferential direction. 5B illustrates an example of a two-row air supply system in which fine air holes are asymmetrically formed in the circumferential direction. The asymmetrical air supply bearing having air supply holes arranged in an asymmetrical form as shown in FIG. 5 is characterized in that the positions of the air supply holes are arranged at boiling intervals in which the distance between the air supply holes in the circumferential direction is not constant. As described above, in the asymmetrical air supply bearing in which the air supply holes are arranged at a circumferential interval in the circumferential direction, the pressure distribution of the air supplied into the bearing clearance has a pressure distribution so that the high speed rotation and vibration characteristics are advantageous in consideration of the operating characteristics of the rotating body. By doing so, it greatly improves the maximum rotational speed of the rotating body supported by this, and also greatly improves the vibration characteristics.

도 6은 본 발명에 따른 비대칭 급기공 저널 베어링의 또 다른 실시 예로, 1열 혹은 2열 급기 방식의 비대칭 급기공을 갖는 외부 가압 저널 베어링의 베어링 윤활면을 원주 방향으로 펼친 단면도를 나타내고 있다. 본 발명에 따른 비대칭 급기공 베어링은 도 6에 나타낸 바와 같이 베어링의 길이 방향으로 1 열 혹은 복수 열을 갖으며, 원주 방향으로 구성되는 복수 개의 급기공들 사이의 거리가 일정하지 않은 비등간격의 비대칭 형태의 구조를 갖으며, 급기공들의 직경이 두 개 이상의 서로 다른 직경의 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 급기공 저널 베어링이다. 이러한 비대칭 급기공 저널 베어링도 상기의 급기공 직경이 동일한 비대칭 급기공 베어링과 마찬가지로, 베어링 틈새 내로 공급되는 공기의 압력 분포가, 회전체의 운전 특성을 고려하여 고속 회전 및 진동 특성에 유리하도록 압력 분포를 형성시키도록 함으로써, 이를 이용하여 지지 되는 회전체의 최대 회전 속도를 크게 향상시키며, 또한 진동 특성을 크게 향상시킨다.FIG. 6 is a cross-sectional view of a bearing lubricating surface of an external pressurized journal bearing having an asymmetrical supply hole of a single-row or two-row supplying system according to another embodiment of the present invention, in a circumferential direction. As shown in FIG. 6, the asymmetrical air supply bearing according to the present invention has one row or a plurality of rows in the longitudinal direction of the bearing, and has a non-uniform boiling interval asymmetry between the plurality of air supply holes circumferentially arranged. It is asymmetrical air supply journal bearing having a structure of the form, characterized in that the diameter of the air supply hole is composed of two or more different diameter size. Like the asymmetric feeder bearings having the same feeder diameter, the asymmetrical feeder journal bearing has a pressure distribution such that the pressure distribution of air supplied into the bearing clearance is advantageous for the high speed rotation and vibration characteristics in consideration of the operating characteristics of the rotating body. By forming a, it greatly improves the maximum rotational speed of the rotating body supported by using it, and also greatly improves the vibration characteristics.

다음은 회전체의 최대 회전 속도 및 진동 특성 및 베어링의 윤활면에서 발생하는 윤활제의 발생 압력을 예측할 수 있는 방법에 대하여 상세히 기술한다. 회전체-베어링 시스템의 최대 회전속도를 나타내는 물리량을 안정한계속도라고 하는데, 안정한계속도 이상에서 회전체의 회전을 계속 방치할 경우에는, 회전 중심의 공전 크기가 단시간 내에 크게 증가되어 회전체가 베어링의 윤활면과 접촉되어, 결국 회 전체 및 베어링부가 파손되는 현상을 초래할 수 있게 된다. 따라서 회전체는 안정한계속도 이상의 고속 회전이 불가능하며, 상기의 안정한계속도가 회전체의 최대 회전 속도가 된다. 즉 안정한계속도가 클수록 회전체의 최대 작동 속도는 높다고 할 수 있다.The following describes in detail how to predict the maximum rotational speed and vibration characteristics of the rotating body and the pressure generated by the lubricant on the lubricating surface of the bearing. The physical quantity representing the maximum rotational speed of the rotor-bearing system is called a stable continuity.If the rotor continues to rotate beyond the stable continuity, the revolution size of the rotation center is greatly increased within a short time, and the rotor is bearing. In contact with the lubricating surface of the rod, may eventually cause the rotor and the bearing portion to break. Therefore, the rotational body cannot be rotated at a higher speed than the stable continuity, and the stable continuity becomes the maximum rotational speed of the rotational body. In other words, the greater the stable continuity, the higher the maximum operating speed of the rotating body.

베어링 윤활면에서 발생하는 윤활제의 발생 압력 및 안정한계속도를 구하는 방법은 다음과 같다. 아래의 계산 예는 윤활제가 공기인 경우의 한 예이다. 하기의 수학식 1은 베어링 틈새에서의 공기의 압력 분포를 나타내는 지배방정식이며, 수학식 2와 3은 급기공으로부터 베어링 틈새 내로 유입되는 공기의 유량 관계식이다.The method of obtaining the generated pressure and stable continuity of the lubricant generated on the bearing lubrication surface is as follows. The following calculation example is an example where the lubricant is air. Equation 1 below is a governing equation representing the pressure distribution of air in the bearing clearance, and Equations 2 and 3 are related to the flow rate of air flowing into the bearing clearance from the air supply hole.

Figure 112006502959314-pat00015
Figure 112006502959314-pat00015

상기의 수학식 1에서 3에 나타낸 p 는 압력, h 는 베어링 틈새 내 윤활막의 두께, μ 는 윤활제의 점성 계수, ω 는 회전체의 회전각속도, r 은 베어링 반경, t 는 시간, q in 은 유입 유량, c 는 상수, a 는 급기공의 등가 면적, p sp 는 급기 압력, g 는 중력가속도, R g 는 기체 상수, T 는 절대 온도, 그리고 κ 는 윤활제의 단열지수이다. 상기의 수학식들로부터 주어진 급기공의 위치 및 형상에 대하여 베어링 틈새 내에서의 윤활제에서 발생하는 압력 분포를 구한다.Where p is the pressure, h is the thickness of the lubricating film in the bearing clearance, μ is the viscosity coefficient of the lubricant, ω is the rotational angular velocity of the rotor, r is the bearing radius, t is the time, q in is the inflow The flow rate, c is a constant, a is the equivalent area of the inlet hole , p sp is the supply pressure, g is the gravitational acceleration, R g is the gas constant, T is the absolute temperature, and κ is the thermal insulation index of the lubricant. From the above equations, the pressure distribution generated in the lubricant in the bearing clearance is obtained for the position and shape of the air supply hole.

도 7은 종래 베어링의 일 예인 원주 방향으로 급기공 8개를 갖는 2열 급기 베어링에 대하여, 급기공의 직경이 0.2 mm 인 경우에서의 압력 분포이며, 도 8은 본 발명에 따른 비대칭 급기공 베어링으로서, 비대칭각이 30°인 경우의 압력 분포이며, 도 9는 도 8의 비대칭 급기공 베어링에서 급기공의 직경을 0.2 mm 와 0.4 mm 의 두 가지 조합으로 구성한 경우의 압력 분포의 계산 결과 예이다. 본 발명의 비대칭 급기공 베어링이나 비대칭 가변 급기공 베어링에서의 피크 압력 분포가 비대칭 형태로 이루어짐으로써, 이 베어링으로 지지 되는 회전체는 베어링 내 윤활제에서 발생하는 압력에 의한 우력 성분의 반력을 감소시킴으로써, 고속 회전에 매우 유리하며, 또한 진동 특성이 매우 유리해 진다.7 is a pressure distribution in a case where the diameter of the air supply hole is 0.2 mm with respect to the two-row air supply bearing having eight air supply holes in the circumferential direction, which is an example of a conventional bearing, and FIG. 8 is an asymmetric air supply bearing according to the present invention. Fig. 9 shows an example of pressure distribution when the asymmetric angle is 30 °, and Fig. 9 is an example of calculation results of the pressure distribution when the diameter of the air supply holes is composed of two combinations of 0.2 mm and 0.4 mm in the asymmetric air supply bearing of Fig. 8. . Since the peak pressure distribution in the asymmetrical air supply bearing or asymmetric variable air supply bearing of the present invention is asymmetrical, the rotating body supported by the bearing reduces the reaction force of the component of the force due to the pressure generated by the lubricant in the bearing, It is very advantageous for high speed rotation, and also the vibration characteristic is very advantageous.

이 압력 분포를 이용하여 베어링 부에서의 강성과 감쇠를 구하며, 하기의 수학식 4와 같은 베어링-회전체 시스템의 운동방정식으로부터 회전체 시스템의 진동 특성 및 안정한계속도를 구할 수 있다.The pressure distribution can be used to determine the stiffness and damping in the bearing portion, and the vibration characteristics and stable continuity of the rotor system can be obtained from the equation of motion of the bearing-rotator system as shown in Equation 4 below.

Figure 112006502959314-pat00016
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상기의 수학식 4에서 m 은 회전체의 질량이며, f x 와 f y 는 회전체 작용하는 하중 또는 외력이다. 상기의 수학식 4로부터 회전체-베어링 시스템의 진동 특성을 구하고, 또한 특성방정식을 유도하여, 이 특성방정식에서 Routh-Hurwitz 안정성 판별 조건을 이용하여 안정한계속도 및 안정한계속도에서의 훨비를 구한다. 훨비란 회전축의 회전 속도에 대한 회전축 중심의 선회속도의 비이다.In Equation 4, m is the mass of the rotor, f x and f y is the load or external force acting on the rotor. From the above Equation 4, the vibration characteristics of the rotating body-bearing system are obtained, and a characteristic equation is derived, and in this characteristic equation, the Routh-Hurwitz stability discrimination condition is used to obtain a stable continuity and a multitude at stable continuity. The multitude is the ratio of the rotational speed around the rotational axis to the rotational speed of the rotational axis.

이와 같은 방법에 의하여 얻어진, 종래 방식의 베어링 및 비대칭 급기공 베 어링으로 이루어진 회전체-베어링 시스템의 안정한계속도 변화의 계산 예를 도 10에 나타내었다. 도 10에서 급기공이 대칭으로 분포된 종래 베어링에 해당하는 회전체 시스템의 안정한계속도가 O 부분에 해당 되며, 나머지 부분이 본 발명에 따른 비대칭 급기공 베어링으로 지지 되는 회전체-베어링 시스템의 안정한계속도이다. 본 발명의 비대칭 급기공을 갖는 외부 가압 저널 베어링으로 지지 되는 회전체-베어링 시스템의 안정한계속도는 비대칭각을 크게 할수록 향상되어지고 있음을 볼 수 있으며, 비대칭각이 5도인 경우에, 종래 베어링으로 지지 되는 회전체 시스템의 안정한계속도 대비하여 약 1.5배 정도 향상시키며, 비대칭각이 약 30도인 경우에는 회전체 시스템의 안정한계속도를 약 5배 정도 향상시킨다.An example of calculation of a stable continuity change of a rotor-bearing system composed of a conventional bearing and an asymmetrical air supply bearing obtained by this method is shown in FIG. 10. Stable continuity of the rotor system corresponding to the conventional bearing in which the air supply holes are symmetrically distributed in FIG. 10 corresponds to the O portion, and the rest of the rotor body-bearing system supported by the asymmetric air supply bearing according to the present invention. Limit speed. It can be seen that the stable continuity of the rotor-bearing system supported by the external pressurized journal bearing having the asymmetrical air supply of the present invention is improved as the asymmetrical angle is increased. It improves about 1.5 times in comparison with the stable continuity of the supported rotor system, and increases the stable continuity of the rotor system by about 5 times when the asymmetric angle is about 30 degrees.

회전체-베어링 시스템의 진동 특성 및 안정한계속도 변화의 예는 도 11과 같다. 도 11에서 파선이 급기공이 등간격으로 분포된 종래의 외부 가압 저널 베어링을 이용한 베어링-회전체 시스템의 진동 특성이며, 실선이 본 발명의 비대칭 급기공을 갖는 외부 가압 저널 베어링으로 지지 되는 베어링-회전체 시스템의 진동 특성이다. 그리고 도 11에서 Δ 표시가 안정한계속도를 나타낸다. 본 발명의 비대칭 급기공을 갖는 외부 가압 저널 베어링으로 지지 되는 베어링-회전체 시스템의 진동 특성 및 안정한계속도 특성이 크게 향상된다.An example of the vibration characteristics and stable continuity change of the rotor-bearing system is shown in FIG. 11. In Fig. 11, a bearing using a conventional external pressurized journal bearing in which dashed lines are distributed at equal intervals is a vibration characteristic of a rotating body system, and a solid line is supported by an external pressurized journal bearing having an asymmetrical supply hole of the present invention. Vibration characteristics of the rotor system. 11 shows a stable continuation. The vibration characteristics and stable continuity characteristics of the bearing-rotator system supported by the external pressurized journal bearing with the asymmetrical air supply of the present invention are greatly improved.

상기와 같은 예측 방법을 수행하여, 비대칭 급기공 저널 베어링 및 비대칭 가변 급기공 저널 베어링의 성능 해석 평가 그리고 이들 베어링들로 지지 되는 회전체-베어링 시스템에 대한 성능 해석 평가를 바탕으로, 종래의 베어링의 성능에 대비하여 진동 및 안정한계속도가 향상되는 적합한 형태의 값을 찾아보면, 본 발명 에 따른 비대칭 급기공 저널 베어링의 경우, 비대칭각이 5°이상으로 구성되어지는 경우가 적합하며, 그리고 본 발명에 따른 미세 급기공의 크기가 서로 다른 비대칭 급기공 저널 베어링의 경우 급기공의 가장 큰 급기공의 직경과 가장 작은 급기공의 직경 비는 2:1 이상이 적합하다.By performing the above prediction method, based on the performance analysis evaluation of the asymmetrical air supply journal bearing and the asymmetric variable air supply journal bearing, and the performance analysis evaluation of the rotor-bearing system supported by these bearings, Looking for a suitable type of value which improves vibration and stable continuity for performance, in the case of the asymmetric air supply journal bearing according to the present invention, it is appropriate that the asymmetric angle is composed of 5 ° or more, and the present invention In the case of asymmetrical feeder journal bearings having different sizes of micro-feeders, the ratio of the diameter of the largest feeder and the smallest feeder of the feeder is more than 2: 1.

본 발명에 따른 비대칭 급기공을 갖는 저널 베어링을 이용함으로써 회전체-베어링 시스템의 최대 회전 속도를 크게 높일 수 있고 또한 회전체의 진동 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명의 비대칭 급기공을 갖는 베어링은 기름 윤활인 터보 블러워 혹은 터보 컴퓨레샤용 베어링 등에도 적용 가능하며, 또한 공기 윤활인 스핀들 베어링 등에도 적용 가능하며, 외부 가압 되는 형태의 거의 모든 베어링에 적용 가능하다.By using the journal bearing having an asymmetrical air supply hole according to the present invention, it is possible to greatly increase the maximum rotational speed of the rotor-bearing system and to significantly improve the vibration characteristics of the rotor. The bearing having an asymmetrical air supply of the present invention can be applied to an oil lubricated turbo blower or a turbo compressor bearing, and can also be applied to an air lubricated spindle bearing, etc., and can be applied to almost all externally pressurized bearings. It is possible.

Claims (5)

삭제delete 회전체-베어링 시스템을 구성하는 저널 베어링에 있어서, 베어링 틈새로 윤활제를 공급할 수 있는 급기공의 배열이, 베어링 윤활면의 원주 방향에 대하여 등간격 배열이 아닌 비등간격 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는, 비대칭 급기공 저널 베어링에 있어서, 상기 급기공들 사이의 최대각과 최소각의 차이인 비대칭 각이 5°이상인 것을 특징으로 하는, 비대칭 급기공 저널 베어링.In a journal bearing constituting a rotor-bearing system, an array of air supply holes capable of supplying lubricant to a bearing clearance is arranged in a boiling interval arrangement rather than an equal interval arrangement with respect to the circumferential direction of the bearing lubrication surface. In the asymmetrical air supply journal bearing, the asymmetrical air supply journal bearing, characterized in that the asymmetric angle that is the difference between the maximum angle and the minimum angle between the air supply hole is 5 ° or more. 청구항 2에 있어서, 원주 방향으로 배열된 급기공들이 두 가지 이상의 서로 다른 크기의 직경으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 가장 큰 급기공의 직경과 가장 작은 급기공의 직경 비가 2:1 이상인 것을 특징으로 하는, 비대칭 급기공 저널 베어링The method of claim 2, wherein the air supply holes arranged in the circumferential direction has a diameter of two or more different sizes, characterized in that the diameter ratio of the largest supply hole diameter and the smallest supply hole diameter is 2: 1 or more Asymmetric air supply journal bearing 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 베어링의 축 방향 또는 길이 방향에 대하여 급기공들이 1 열 혹은 복수 열로 구성되는 것을 특징으로 하는, 비대칭 급기공 저널 베어링The asymmetric air supply journal bearing according to claim 2 or 3, wherein the air supply holes are configured in one row or a plurality of rows with respect to the axial direction or the longitudinal direction of the bearing. 청구항 2,3,4의 비대칭 급기공 저널 베어링으로 지지 되는 회전축이 있으며, 상기 회전축은 전기 모터나 에어 터빈 등으로 구동 또는 회전되어질 수 있으며, 상기 회전축을 지지 하는 베어링 중 최소한 1개 이상의 베어링이 상기 비대칭 급기공 저널 베어링으로 구성 되어 있는 축-베어링 시스템Claims 2, 3, and 4 there is a rotating shaft supported by the asymmetric air supply journal bearing, the rotating shaft may be driven or rotated by an electric motor or an air turbine, at least one of the bearings for supporting the rotating shaft is Axial-bearing system consisting of asymmetrical air supply journal bearings
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