KR100799546B1 - 강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력발전소 및 복합화력발전소의 냉각수펌프나 터빈 등에 사용되는 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링에 관한 것으로 회전축에 의한 고하중과 고속회전에 따른 리테이너의 변형으로 베어링에서 진동이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 리테이너의 폭을 베어링패드의 폭보다 다소 넓게 형성하여 리테이너의 강성을 확보하고, 고하중에 의한 베어링패드에 고온이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 회전축의 수평중심선 아래에 있는 하부베어링패드를 내·외부로 분리하여 이종금속으로 형성하되, 내부패드는 열전도성이 우수한 구리 또는 구리합금으로 주조하고 외부패드는 강성을 유지하기 위하여 철계합금으로 형성하며, 외부패드와 접촉하는 내부패드의 접촉면에는 냉각오일글로브를 형성하여 오일이 순환되게 함으로서 냉각효율을 향상하게 한 것을 특징으로 한다.

레이디얼 베어링, 틸팅 패드, 오일 글로브, 리테이너

Description

강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링{A tilting pad radial journal bearing which the hardness and cooling efficiency are improved}

본 발명은 원자력발전소 및 복합화력발전소의 냉각수펌프나 터빈 등에 사용되는 레이디얼 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈베어링을 수용하는 리테이너를 개선하여 베어링 패드의 형상변형을 방지하고 베어링 메탈의 온도상승을 억제할 수 있는 구성을 제공하는 것에 관한 것이다.

원자력발전소에서 사용되는 기기류는 가혹한 사용조건하에서도 대단히 높은 신뢰성과 내구성을 요구한다.

터빈 등에 사용되는 베어링에는 트러스트베어링과 레이디얼 베어링이 있으며, 고속 고하중에서 진동을 억제하기 위하여 메탈베어링이 사용되고 있다.

레이디얼 베어링은 회전축과 접촉하는 베어링 패드가 4분할되고 리테이너에 고정된 핀에 의하여 틸팅이 가능하게 하여 회전축에 대하여 긴밀하게 접촉할 수 있 도록 구성되어 있다.

회전축은 고속회전되는 고중량이므로 회전축을 지지하는 베어링은 하중에 의하여 변형이나 진동이 발생하지 않으면서 회전축과 베어링 패드 사이에 금속간의 마찰이 일어나지 않게 하기 위하여 유막이 형성되어야 하므로 베어링 패드는 규정된 온도 이하를 유지하여 온도상승으로 인한 유막의 파괴를 방지할 필요가 있다.

종래 레이디얼 베어링의 구성은 도 1에 도시한 것과 같이 베어링 패드(1)의 폭에 대하여 ⅓정도 되는 폭을 갖는 링형의 리테이너(2)의 내경방향으로 4개의 핀(3)을 구비하고, 핀을 중심으로 4분할된 베어링 패드(1)를 각각 결합하여 회전축(4)의 중심방향으로 틸팅 가능하게 하여 면접촉을 유지하게 하고 조압스프링(5)에 의하여 탄력지지 되게 하면서 회전축(4)과 접촉되게 하였다.

상기와 같은 구성은 베어링 패드에 대하여 대략 ⅓정도 되는 폭을 가진 리테이너가 회전축의 하중과 회전력에 의하여 변형이 발생할 우려가 있고, 변형발생시 베어링 패드의 내면형상도 당연히 변형이 발생하여 진동발생의 요인이 되었으며, 베어링 하우징과 리테이너 사이의 간격으로 공급되는 윤활유가 베어링 패드와 회전축 사이의 윤활면을 거치지 않고 우회하여 바이패스되는 현상이 발생할 수 있어 유막형성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있었으며, 레이디얼 베어링에서 특히 고하중을 지지하는 아래쪽의 베어링 패드에 고하중이 작용하여 베어링메탈의 온도가 경보치인 99℃를 초과하는 고온이 종종 발생한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 베어링을 지지하는 리테이너의 폭을 베어링 패드의 폭보다 다소 크게 확장하여 리테이너에 가해지는 비틀림 응력에 대한 강성을 강화하고, 리테이너의 원주방향으로 오일유통로를 천공하여 베어링 패드에 공급되는 오일을 순환할 수 있게 구성하여 리테이너의 형상변형에 의한 진동을 방지할 수 있게 하는 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 레이디얼 베어링에서 하중이 집중되는 하부에 위치하는 베어링 패드를 내·외부로 분리하여 회전축과 접촉하는 내부의 베어링 패드 는 열전도성이 우수한 구리로 형성하고, 외부의 패드는 강성이 높은 철합금으로 구성하되 구리와 철의 접촉면에는 오일이 순환할 수 있는 다수의 글로브를 형성하여 열전도성이 높은 구리 패드의 열을 순환하는 오일에 의하여 냉각될 수 있게 함으로서 베어링 패드가 과열되는 것을 방지할 수 있게 하는 구성을 제공하는 것이다.

본 발명은 원자력발전소 및 복합화력발전소의 냉각펌프나 터빈의 회전축을 지지하는 레이디얼 베어링에서 진동이 발생하는 것을 억제하고 베어링 패드가 규정치 이상으로 과열되는 것을 예방할 수 있어 원자력발전소 가동중단을 방지할 수 있어 가동율을 향상하게 하고 유지보수비용을 경감할 수 있게 하는 효과가 있다.

본 발명 '강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링'은 상·하 반원형으로 분리되어 체결볼트에 의하여 링형상으로 결합되는 리테이너는 그 폭을 베어링 패드의 폭보다 다소 크게 형성하고 리테이너와 회전축 사이의 간격은 씨일 리테이너로 밀봉되게 구성하며, 씨일 리테이너는 베어링 하우징에 고정된다.

리테이너의 원주방향 상부에는 오일유입로가 형성되며 오일유입로에서 공급되는 오일은 분할된 베어링 패드 사이의 간극을 따라 회전축 및 베어링 패드의 접촉면과 내·외부 베어링 패드의 접촉면에 형성된 냉각오일 글로브를 따라 이동한 후 리테이너의 하부방향에 형성된 패드사이에 2개의 구멍이 형성되어 토탈 8개의 구멍으로 압에 의해 강제로 오일 유출로에서 유출된다.

또한 베어링 패드 중 회전축의 하부에 위치하는 패드는 회전축과 접촉하는 내부면과 리테이너에 고정되는 외부면의 베어링 패드를 분할하여 이종의 재질로 형성하되 내부면의 패드는 구리 또는 구리합금으로 형성하고 외부패드는 철 또는 철합금으로 형성하며, 내·외부 패드가 접촉하는 면의 구리패드에는 회전축과 직교하는 방향으로 다수의 냉각오일 글로브를 형성하여 순환되는 오일에 의하여 냉각될 수 있게 구성된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명 강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 정단면도이며, 도 4는 본 발명의 측단면도이고, 도 5는 본 발명 내부패드의 냉각오일 글로브 상세도이다.

도면에 도시된 것과 같이 본 발명은 반원형으로 분리된 상부 리테이너(12)와 하부 리테이너(12)를 체결볼트(16)로 고정하여 링형태로 구성하고, 내부에는 4개로 분할된 베어링 패드(11)가 수용된다.

베어링 패드(11)는 회전축(14)의 중심에 대한 수직중심선과 수평중심선을 기준으로 그 대각선 방향에 각각 위치하며, 리테이너(12)와는 핀(13)을 중심으로 회동가능한 상태로 결합되어 회전축(14)의 외부형상에 따라 틸팅이 가능하여 베어링 패드(11)가 회전축(14)의 외주면과 긴밀하게 접촉을 유지할 수 있게 구성되어 있으며, 리테이너(12)와 베어링 패드(11) 사이에는 일정한 압력으로 베어링 패드(11)를 탄력지지하여 압력을 유지하게 하는 조압스프링(15)이 핀(13)의 좌우에 구비되어 있고, 상기와 같은 구성은 종래와 동일하다.

본 발명의 특징적인 구성은 베어링 패드(11)를 수용하고 지지하는 리테이너(12)의 폭을 베어링 패드(11)의 폭보다 다소 크게 형성함으로서 비틀림 강성을 강화시켜 베어링 패드(11)를 지지할 수 있게 하여 회전축(14)의 하중이나 회전력에 의하여 리테이너(12)의 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있게 구성되어 리테이너(12)의 변형에 따라 베어링 패드(11)가 변형됨으로서 발생할 수 있는 회전축(14)의 진동을 방지할 수 있게 구성된다.

또한 베어링 패드(11)와 회전축(14)의 습동면에 대한 오일의 공급을 위하여 리테이너(12)의 상부와 하부에 각각 오일공급로(17)와 배출로(18)를 형성하여 오일이 순환될 수 있게 구성한다.

리테이너(12)와 회전축(14)간의 간격은 씰(19)과 씰리테이너(20)에 의하여 밀봉되게 구성하고 씰리테이너(20)는 베어링 하우징(도면미도시)에 고정된다.

본 발명의 또 다른 특징적인 구성은 회전축(14)의 수평중심선 아래쪽에 위치한 2개의 하부베어링 패드(11)를 내·외로 분리하여 이종금속으로 구성한다.

내·외로 분리되는 베어링 패드(11) 중 회전축(14)과 접촉하는 내부패드(21)는 구리 또는 구리합금으로 형성하며 순동으로 주조할 수도 있으나 순동은 가스의 방출로 주조에 어려움이 있으므로 구리의 열전도율을 크게 떨어뜨리지 않는 구리합금으로 대체하여 주조하는 것도 가능하며 주조된 내부패드(21)의 안쪽, 즉 회전 축(14)과 접촉하는 면에는 배빗(Babbit)메탈(22)을 주조방식에 의하여 얇게 피복한다.

배빗메탈(22)이 피복된 내부패드(21)의 원주방향, 즉 외부패드(23)와 접촉되는 면에는 오일유동을 위한 다수의 냉각오일 글로브(24)가 회전축(14)의 원주방향을 따라 형성된다.

이상의 구성으로부터 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 리테이너(12)는 비교적 폭이 넓은 원통형으로 형성되어 비틀림에 대한 강성이 높으므로 회전축의 고하중이나 고속회전에 따른 형상변형이 발생하지 않고, 따라서 베어링 패드(11)에서도 변형이 발생하지 않으므로 리테이너(12)나 베어링 패드(11) 간의 변형에 의한 회전축(14)의 진동은 발생하지 않는다.

또한 레이디얼 베어링에서 회전축(14)의 하중이 작용하는 수평중심선 아래에 위치하는 하부베어링 패드(11)는 고하중에 의한 발열현상으로 때에 따라서는 경보치 이상으로 온도가 상승하는 경우가 발생하나, 하부베어링 패드(11)의 내부패드(21)를 열전도율이 우수한 구리 또는 구리합금으로 형성함으로서 발생열을 신속하게 분산하고 내부패드(21)와 외부패드(23) 사이에 형성된 냉각오일 글로브(24)를 순환하는 오일에 의하여 냉각되게 함으로서 베어링 패드(11)의 온도가 고온으로 상승되는 것을 방지하게 할 수 있다.

도 1은 종래 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링의 정단면도 및 측단면도

도 2는 본 발명 강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링의 분해사시도

도 3은 본 발명의 정단면도

도 4는 본 발명의 측단면도

도 5는 본 발명 내부패드의 냉각오일 글로브 상세도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. 베어링 패드 12. 리테이너

13. 핀 14. 회전축

15. 조압스프링 16. 체결볼트

17. 공급로 18. 배출로

19. 씰 20. 씰리테이너

21. 내부패드 22. 배빗메탈

23. 외부패드 24. 냉각오일 글로브

25. 경사면

Claims (2)

1. 회전축을 지지하는 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링에 있어서,

   4분할된 베어링 패드(11)를 지지하는 리테이너(12)의 폭은 베어링 패드(11)의 폭보다 다소 넓게 형성하고, 회전축(14)의 수평중심선 아래에 위치하는 하부베어링 패드(11)는 내·외로 분할된 이종금속으로 형성하고, 내부패드(21)는 열전도성이 높은 구리 또는 구리합금으로 주조하고, 내부패드(21)와 접촉하는 외부패드(23)는 강성이 높은 철계합금으로 형성하되, 외부패드(23)와 접촉하는 내부패드(21)의 접촉면에는 다수의 냉각오일 글로브(24)가 형성된 것을 특징으로 하는 강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각오일 글로브(24)는 입구에 경사면(25)이 형성된 것을 특징으로 하는 강성 및 냉각효율이 향상된 틸팅 패드 레이디얼 저어널 베어링.

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